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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerungs-Vorrichtung für einen bürstenbehafteten Universalmotor, mit einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Universalmotors, und einem Funkentstörungs-Element, das zwischen Steuerungseinrichtung und Universalmotor vorgesehen ist.
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Derartige Motorsteuerungs-Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Zur Funkentstörung von bürstenbehafteten Universalmotoren werden üblicherweise Kondensatoren und Induktivitäten verwendet. Solche Kondensatoren werden üblicherweise jeweils zwischen den beiden Anschlüssen des Universalmotors und zwischen dem Gehäuse und den Anschlüssen eingebaut. Treten Störungen im Bereich größer als etwa 10 MHz auf, sind zusätzlich sogenannte „UKW-Drosseln“ direkt an den Bürsten des Universalmotors erforderlich, um eine ausreichende Entstörung zu erreichen. Häufig werden solche UKW-Drosseln auch allein eingesetzt, wenn sie für eine ausreichende Entstörung sorgen.
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Sofern die felderzeugende Statorwicklung des Universalmotors mit dem Rotor in Reihe geschaltet ist, kann die Statorwicklung auch diese Funktion übernehmen. Bei Erregung mittels Dauermagneten ist das jedoch nicht möglich. Hierfür müssen zusätzliche Bauteile verwendet werden.
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Bei einer Motorsteuerung, die einen pulsweitengeregelten Betrieb ermöglicht, besteht das Problem, dass die zur Störung vorgesehenen Kondensatoren hohe Stromspitzen beim Umladen verursachen können, welche die Störleistung des Motors übertreffen können.
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Ist nun das Gehäuse des Motors zusätzlich „elektrisch“ wirksam, weil es z.B. geerdet ist oder mit seiner „Masse“ zur Ausbildung einer Antenne beiträgt, muss im Allgemeinen eine „stromkompensierte“ Drossel zusätzlich in die Zuleitung eingebaut werden, um die Gleichtaktstörungen zu unterdrücken. In diesem Fall übertragen die Kondensatoren das pulsweitenmodulierte (PWM) Signal auch auf das Motorgehäuse und vergrößern somit noch die Abstrahlung. Um die verschiedenen Störungen nun zu reduzieren bzw. zu beseitigen, sind viele Bauteile erforderlich, so dass sich ein hoher Aufwand beim Einbau ergibt und die Kosten entsprechend hoch sind.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Motorsteuerungs-Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das oben genannte Problem überwunden wird. Insbesondere soll die Motorsteuerungs-Vorrichtung bei möglichst geringer Anzahl von Bauteilen eine möglichst hohe Entstörung bereitstellen.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Motorsteuerungs-Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Funkentstörungs-Element als Drossel mit zumindest zwei Wicklungen ausgebildet ist, die jeweils einen mit der Steuerungseinrichtung verbundenen Eingangsanschluss und einen mit dem Universalmotor verbindbaren Ausgangsanschluss aufweisen, und die Wicklungen so angeordnet sind, dass die Drossel einen stromkompensierten Drosselteil im Bereich der Eingangsanschlüsse und zwei als Induktivitäten wirkende Drosselteile jeweils im Bereich der Ausgangsanschlüsse aufweist.
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Das heißt mit anderen Worten, dass lediglich ein einziges Bauteil, nämlich die mit zumindest zwei Wicklungen versehene Drossel, vorgesehen sein muss, die sowohl differentielle als auch gleich getaktete Störungen wirksam unterdrückt, ohne dass Kondensatoren eingesetzt werden müssten. Wie zuvor bereits erläutert, sind solche Kondensatoren bei einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung des Universalmotors problematisch wegen hoher pulsförmiger Umleite-Ströme.
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Eine solche Drossel wirkt wie eine stromkompensierte Drossel und zwei getrennte Drosseln, welche in die Zuleitung eingefügt sind. Die Entstörungen der beiden Wirkanteile addieren sich folglich.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Drossel einen Ferritkern auf, auf dem die zumindest zwei Wicklungen aufgebracht sind, derart, dass die Eingangsanschlüsse benachbart zueinander liegen und sich die Wicklungen gleichsinnig nach außen auf dem Ferritkern erstrecken.
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Das heißt mit anderen Worten, dass die beiden Wicklungen z.B. in der Mitte eines Ferritstabs mit dem Wicklungsanfang beginnen und im gleichen Windungssinn jeweils nach außen zum Wicklungsende gewickelt werden. Die Speisung erfolgt dabei in der Mitte. Die beiden Enden gehen zu den Motoranschlüssen des Universalmotors.
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Die Wirkung einer solchen Drossel lässt sich so erklären, dass die in der Mitte des Ferritstabs dicht beieinander liegenden Windungen jeweils vom gleichen Strom aber in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden. Somit heben sich die erzeugten magnetischen Felder gegenseitig auf und verhindern somit die Sättigung des Kerns. Dieser Teil wirkt folglich wie eine stromkompensierte Drossel. Die weiter außen liegenden Windungen koppeln jedoch bedeutend schlechter miteinander, so dass jede einzelne Zuleitung ihre eigene Induktivität/Impedanz erhält.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Windungszahl der zumindest zwei Wicklungen gleich. Weiter bevorzugt sind die Windungen der beiden Wicklungen im Bereich der Eingangsanschlüsse, insbesondere im Bereich des stromkompensierten Drosselteils, mehrlagig gewickelt.
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Diese Ausgestaltungen haben sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich des Wirkungsgrads der Entstörung und hinsichtlich der Baugröße herausgestellt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Ferritkern ein stabförmiger Ferritkern. Alternativ kann der Ferritkern auch ringförmig ausgebildet sein.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Steuerungseinrichtung ein PulsWeiten-Modulations-Modul zur pulsweitengesteuerten Ansteuerung des Universalmotors auf.
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Wie zuvor bereits angedeutet, ist die erfindungsgemäße Motorsteuerungs-Vorrichtung gerade bei einem solchen pulsweitenmodulierten Betrieb besonders wirkungsvoll.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Ausgangsanschlüsse der Drossel mit den Anschlüssen des Universalmotors verbunden, derart, dass die Drossel in geringem Abstand zu dem Universalmotor angebracht ist.
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Dadurch, dass die Drossel in geringem Abstand zu den Motoranschlüssen vorgesehen ist, sind die Leitungsstrecken von der Drossel zu den Bürsten des Universalmotors gering, was eine gute Entstörung ermöglicht.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Schaltungsdiagramms der Motorsteuerungs-Vorrichtung mit einem Universalmotor; und
- 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Drossel.
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In 1 ist eine Motorsteuerungs-Vorrichtung schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Eine solche Motorsteuerungs-Vorrichtung 10 dient dazu, einen Universalmotor 12 elektrisch anzusteuern. Bei dem vorliegenden Universalmotor 12 handelt es sich um einen bürstenbehafteten Universalmotor, vorzugsweise mit Dauermagneten erregt, wie er im Stand der Technik allgemein bekannt ist, so dass auf eine weitere detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
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Die Motorsteuerungs-Vorrichtung weist eine Motorsteuerung 14 auf, die bevorzugt ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerungssignal an den Universalmotor 12 liefert. Mithilfe der Veränderung der Pulsweiten lässt sich die Drehzahl des Universalmotors einstellen.
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Die Motorsteuerungs-Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Funkentstörungs-Element 16, das in die Signalleitung zwischen Motorsteuerung 14 und Universalmotor 12 geschaltet ist.
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Das Funkentstörungs-Element 16 umfasst eine Drossel 18, die einen Ferritkern 20, vorzugsweise einen stabförmigen Ferritkern, und zumindest zwei Wicklungen 22a, 22b aufweist. Die beiden Wicklungen 22a, 22b umfassen jeweils einen elektrisch leitenden Draht, der eine elektrische Verbindung zwischen jeweils einem Eingangsanschluss 24a, 24b und einem Ausgangsanschluss 26a, 26b herstellt.
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Das Ausgangssignal der Motorsteuerung 14 wird folglich den beiden Eingangsanschlüssen 24a, 24b zugeführt und nach Durchlaufen der Wicklungen 22a, 22b über die Ausgangsanschlüsse 26a, 26b an den Universalmotor 12, insbesondere die Bürsten, geführt.
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Bei der Drossel 18 handelt es sich um eine speziell gewickelte Drossel, die mit Bezug auf die 2 näher erläutert wird.
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2 zeigt die Drossel 18 in einer schematischen Darstellung mit dem stabförmigen Ferritkern 20, auf dem die beiden Wicklungen 22a, 22b aufgewickelt sind. Zu erkennen ist, dass die beiden Wicklungen 22a, 22b mit ihren Eingangsanschlüssen 24a, 24b in der Mitte des Ferritkerns beginnen und sich dann jeweils nach außen zu dem jeweiligen Ende des Ferritkerns erstrecken.
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Der Draht der beiden Wicklungen 22a, 22b ist ausgehend von der Mitte des Ferritkerns gleichsinnig um den Ferritkern gewickelt, d.h., dass die Drähte - von einer Stirnseite des Ferritkerns aus betrachtet - sich beide im Uhrzeigersinn oder in Gegenuhrzeigersinn erstrecken. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel erstreckt sich der Draht der beiden Wicklungen 22a, 22b im Gegenuhrzeigersinn, wenn man auf das linke Stirnende des Ferritkerns blickt.
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Die Anzahl der Windungen der beiden Wicklungen 22a, 22b ist vorzugsweise gleich. Optional ist es denkbar, die Windungen in der Mitte des Ferritkerns, d.h. im Bereich der beiden Eingangsanschlüsse 24a, 24b über mehrere Lagen zu verteilen, so dass eine möglichst große Windungszahl pro Längeneinheit des Ferritkerns vorhanden ist.
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Bei der in 2 beschriebenen Drossel 18 ergeben sich drei funktionale Drosselbereiche, nämlich eine stromkompensierte Drossel im Bereich der Eingangsanschlüsse 24a, 24b, der mit I bezeichnet ist, und zwei Induktivitäten, die mit II in 2 bezeichnet sind.
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Die in der Mitte des Ferritkerns dicht beieinander liegenden Windungen werden jeweils vom gleichen Strom, aber in entgegengesetzter Richtung, durchflossen, so dass sich die erzeugten magnetischen Felder gegenseitig aufheben und somit die Sättigung des Kerns verhindern. Dadurch wirkt dieser Teil I wie eine stromkompensierte Drossel. Die weiter außen liegenden Windungen im Bereich II koppeln jedoch bedeutend schlechter aneinander, wodurch jede einzelne Zuleitung ihre eigene Induktivität/Impedanz erhält.
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Durch den stromkompensierten funktionalen Teil I der Drossel 18 lassen sich Gleichtaktstörungen beseitigen, während der funktionale Teil II Gegentaktstörungen reduziert.
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Durch entsprechende Ausgestaltung der beiden Wicklungen 22a, 22b hinsichtlich der Windungszahl und der Dichte der Windungen lässt sich die Drossel auf die Motorleistung und den Grad der erforderlichen Entstörung einstellen. Wird beispielsweise eine größere Gleichtaktunterdrückung gewünscht, wird die Dichte der Windungen im funktionalen Abschnitt I erhöht.
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Insgesamt zeigt sich folglich, dass sich mit einem einzigen Bauteil, nämlich der zuvor beschriebenen Drossel 18, eine sehr wirkungsvolle Entstörung eines bürstenbehafteten Universalmotors erreichen lässt, der über ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Motorsteuerungs-Vorrichtung
- 12
- bürstenbehafteter Universalmotor
- 14
- Motorsteuerung
- 16
- Funkentstörungs-Element
- 18
- Drossel
- 20
- Ferritkern
- 22
- Wicklung a, b
- 24
- Eingangsanschluss a, b
- 26
- Ausgangsanschluss a, b
