DE102018125710A1 - DC brush motor for driving a compressor, compressed air generation and method for operating a DC brush motor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Bürstenmotor zum Antreiben eines Kompressors, insbesondere eine Drucklufterzeugung mit einem Kompressor und einem Gleichstrom-Bürstenmotor, vorzugsweise für eine Luftfederanlage, eine Bremsanlage od. dgl. Druckluftabnehmer eines Fahrzeugs. Der Gleichstrom-Bürstenmotor weist einen Stator und einen Rotor mit jeweils einer Mehrzahl von Polpaaren auf. Der Rotor ist über einen Kommutator und eine Bürstenanordnung mit einer Mehrzahl von Bürsten, bestrombar. Der Gleichstrom-Bürstenmotor weist weiterhin eine mit der Bürstenanordnung steuerverbundene Schalteinrichtung zum Schalten einer Bestromung einer der Bürsten auf.The invention relates to a direct current brush motor for driving a compressor, in particular compressed air generation with a compressor and a direct current brush motor, preferably for an air suspension system, a brake system or the like. The DC brush motor has a stator and a rotor, each with a plurality of pole pairs. The rotor can be supplied with current via a commutator and a brush arrangement with a plurality of brushes. The direct current brush motor also has a switching device, which is connected to the brush arrangement in a control manner, for switching an energization of one of the brushes.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Bürstenmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Antreiben eines Kompressors, eine Drucklufterzeugung mit einem Kompressor und dem Gleichstrom-Bürstenmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrom-Bürstenmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to a direct current brush motor according to the preamble of
Ein eingangs genannter Gleichstrom-Bürstenmotor weist typischerweise einen Stator, einen Rotor, einen Kommutator und eine Anzahl Bürsten auf und wird mit Gleichstrom betrieben. Der Stator ist in der Regel unbeweglich und weist regelmäßig einen Hohlzylinder auf, an welchem Hauptpole der dem Stator zugeordneten eingangs genannte Mehrzahl von Polpaaren angebracht sind. Die Hauptpole dienen zum Erzeugen eines Magnetfeldes und umfassen beispielsweise in Reihe geschaltete gleichspannungsgespeiste Hauptpolwicklungen, auch Erregerwicklungen genannt oder -häufiger-- Permanentmagnete.A DC brush motor mentioned at the outset typically has a stator, a rotor, a commutator and a number of brushes and is operated with direct current. The stator is generally immobile and regularly has a hollow cylinder to which main poles of the plurality of pole pairs mentioned at the outset, which are assigned to the stator, are attached. The main poles are used to generate a magnetic field and include, for example, series-connected DC-fed main pole windings, also called excitation windings or permanent magnets.
Typischerweise ist in dem Stator ein drehbar gelagerter Rotor angeordnet, der eine oder mehrere Spulen umfasst, die sich in dem Magnetfeld des Stators befinden und die dem Rotor zugeordnete eingangs genannte Mehrzahl von Polpaaren bilden. Oft sind die Spulen des Rotors um einen Eisenkern gewickelt, der als Anker bezeichnet wird.Typically, a rotatably mounted rotor is arranged in the stator, which comprises one or more coils, which are located in the magnetic field of the stator and which form the plurality of pole pairs mentioned at the outset associated with the rotor. Often the coils of the rotor are wrapped around an iron core called an anchor.
Die Spulen des Rotors sind elektrisch mit dem eingangs genannten Kommutator verbunden, der in der Regel ausgebildet ist, eine Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln. Das geschieht dadurch, dass ein Kommutator im Motorbetrieb immer dann eine Umpolung der in den Spulen induzierten Spannung bewirkt, wenn sich die Richtung der induzierten Spannung ändert. Die so im Motorbetrieb erzeugte Gleichspannung ist typischerweise drehzahlabhängig. In der Regel wird ein Kommutator im Motorbetrieb durch Bürsten der eingangs genannten Bürstenanordnung, beispielsweise Metall- oder Kohlebürsten, bestromt. Eine Bürste stellt einen Schleifkontakt dar, welcher typischerweise über eine Feder mechanisch an den Kommutator gedrückt wird, um im Betrieb eine elektrisch leitfähige Verbindung herzustellen. Wird ein Rotor über einen Kommutator bestromt, so wechselwirkt das in den Spulen des Rotors erzeugte Magnetfeld mit dem Magnetfeld des Stators, sodass sich der drehbar gelagerte Rotor in dem Stator dreht. Durch die durch den Kommutator bewirkte Umpolung wird sichergestellt, dass das Drehmoment des Rotors stets in dieselbe Richtung wirkt.The coils of the rotor are electrically connected to the commutator mentioned at the beginning, which is generally designed to convert an AC voltage into a DC voltage. This happens because a commutator in motor operation always reverses the polarity of the voltage induced in the coils when the direction of the induced voltage changes. The direct voltage generated in motor operation in this way is typically speed-dependent. As a rule, a commutator in motor operation is energized by brushing the brush arrangement mentioned at the beginning, for example metal or carbon brushes. A brush represents a sliding contact, which is typically pressed mechanically onto the commutator via a spring in order to establish an electrically conductive connection during operation. If a rotor is energized via a commutator, the magnetic field generated in the coils of the rotor interacts with the magnetic field of the stator, so that the rotatably mounted rotor rotates in the stator. The polarity reversal caused by the commutator ensures that the torque of the rotor always acts in the same direction.
Beispiele für einen Gleichstrom-Bürstenmotor sind ein permanenterregter Gleichstrom-Bürstenmotor, bei dem das Stator-Magnetfeld durch einen Permanentmagneten erzeugt wird, und ein elektrisch erregter Gleichstrom-Bürstenmotor, bei dem das Stator-Magnetfeld durch einen Elektromagneten erzeugt wird. Ein elektrisch erregter Gleichstrom-Bürstenmotor umfasst eine Reihenschlussmaschine, eine Nebenschlussmaschine, eine fremderregte Maschine und eine Verbundmaschine. Letztere wird auch Doppelschlussmotor genannt.Examples of a DC brush motor are a permanent magnet DC brush motor in which the stator magnetic field is generated by a permanent magnet and an electrically excited DC brush motor in which the stator magnetic field is generated by an electromagnet. An electrically excited DC brush motor includes a series machine, a shunt machine, a separately excited machine and a compound machine. The latter is also called a double-lock motor.
Gleichstrom-Bürstenmotoren finden heutzutage in vielen Bereichen Anwendung, insbesondere in einem Fahrzeug als Startermotor oder als Komponente einer Druckluftversorgung für ein Fahrzeug, aufgrund ihres vergleichsweise hohen Wirkungsgrads, einer in der Regel unterbrechungsfreien Drehmomentabgabe und eines emissionsfreien Motorbetriebs.DC brushed motors are used today in many areas, particularly in a vehicle as a starter motor or as a component of a compressed air supply for a vehicle, due to their comparatively high efficiency, generally uninterrupted torque output and emission-free engine operation.
In
Problematisch ist dennoch regelmäßig, dass bei vergleichsweise hohen Lastanforderungen, insbesondere beim Einschalten und beim Ausschalten eines Gleichstrom-Bürstenmotors, vergleichsweise große Stromgradienten auftreten können. Beispielweise kann sich ein beim Einschalten eines Gleichstrom-Bürstenmotors auftretender kurzzeitiger Anlaufstrom-Peak negativ auf ein elektrisches Bordnetz eines Fahrzeugs auswirken. Es ist daher wünschenswert ein Auftreten großer Stromgradienten im Betrieb eines Gleichstrom-Bürstenmotors verlässlich zu vermeiden.However, it is regularly problematic that comparatively high current gradients can occur with comparatively high load requirements, in particular when switching on and when switching off a DC brush motor. For example, a brief start-up current peak that occurs when a DC brush motor is switched on can have a negative effect on an electrical system of a vehicle. It is therefore desirable to reliably avoid the occurrence of large current gradients in the operation of a DC brush motor.
In
Ein Gleichstrom-Bürstenmotor ist insbesondere hinsichtlich der Begrenzung eines Betriebsstroms und/oder weiterer Laufparameter des Gleichstrom-Bürstenmotors immer noch verbesserbar, insbesondere, wenn er im Dauerbetrieb betrieben werden soll. A direct current brush motor can still be improved, in particular with regard to the limitation of an operating current and / or further running parameters of the direct current brush motor, in particular if it is to be operated in continuous operation.
An dieser Stelle setzt die Erfindung ein deren Aufgabe es ist einen verbesserten Gleichstrom-Bürstenmotor, eine verbesserte Drucklufterzeugung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrom-Bürstenmotors bereitzustellen.At this point, the invention sets an object of which it is to provide an improved DC brush motor, an improved compressed air generation and an improved method for operating a DC brush motor.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Gleichstrom-Bürstenmotor gemäß Anspruch 1.According to the invention the object is achieved by a DC brush motor according to
Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Bürstenmotor ist ausgebildet, zum Antreiben eines Kompressors. Insbesondere im Rahmen einer Drucklufterzeugung mit einem Kompressor und dem Gleichstrom-Bürstenmotor, vorzugsweise für eine Luftfederanlage, eine Bremsanlage od. dgl. Druckluftabnehmer eines Fahrzeugs.The DC brush motor according to the invention is designed to drive a compressor. In particular in the context of compressed air generation with a compressor and the DC brush motor, preferably for an air suspension system, a brake system or the like.
Die Erfindung geht aus von einem Gleichstrom-Bürstenmotor der eingangs genannten Art. Dieser weist einen Stator und einen Rotor mit jeweils einer Mehrzahl von Polpaaren auf. Der Rotor ist über einen Kommutator und eine Bürstenanordnung mit einer Mehrzahl von Bürsten, bestrombar. Der Gleichstrom-Bürstenmotor weist weiterhin eine mit der Bürstenanordnung steuerverbundene Schalteinrichtung zum Schalten einer Bestromung einer der Bürsten auf.The invention is based on a DC brush motor of the type mentioned at the beginning. This has a stator and a rotor, each with a plurality of pole pairs. The rotor can be energized via a commutator and a brush arrangement with a plurality of brushes. The direct current brush motor also has a switching device, which is connected to the brush arrangement in a control manner, for switching an energization of one of the brushes.
Erfindungsgemäß ist die Schalteinrichtung in einer Betriebsschaltung des Gleichstrom-Bürstenmotors von dieser ansteuerbar integriert. Die Betriebsschaltung ist erfindungsgemäß ausgebildet, Laufzustände des Motors, zu steuern, wobei die Betriebsschaltung für den Laufzustand einen die Leistungsaufnahme und/oder Leistungsabgabe des Motors bestimmenden Laufparameter, überwacht und in Abhängigkeit von dem Laufparameter die Schalteinrichtung ansteuert, derart, dass mittels der Schalteinrichtung die Bestromung der Bürste schaltbar ist, wenn der Laufparameter einen Schwellwert erreicht.According to the invention, the switching device is integrated in an operating circuit of the DC brushed motor which can be controlled by the latter. The operating circuit is designed according to the invention to control running states of the motor, the operating circuit for the running state monitoring a running parameter determining the power consumption and / or power output of the motor, and controlling the switching device as a function of the running parameter, in such a way that the current supply is supplied by the switching device the brush can be switched when the running parameter reaches a threshold value.
Damit ist ein Auftreten großer Stromgradienten, insbesondere beim Ein- und Ausschalten des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Bürstenmotors, verlässlich vermieden.This reliably prevents large current gradients from occurring, particularly when the DC brush motor according to the invention is switched on and off.
Die Erfindung führt auch auf eine Drucklufterzeugung des Anspruchs 12, vorzugsweise für eine Luftfederanlage, eine Bremsanlage od. dgl. eines Fahrzeugs, mit einem Kompressor und einem erfindungsgemäßen Gleichstrom-Bürstenmotor.The invention also leads to compressed air generation according to
Hinsichtlich des Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren des Anspruchs 13 zum Betreiben eines Gleichstrom-Bürstenmotors, insbesondere zum Betreiben einer Drucklufterzeugung mit einem Kompressor und einem Gleichstrom-Bürstenmotor, vorzugsweise zum Betreiben einer Luftfederanlage, einer Bremsanlage od. dgl. Druckluftabnehmer eines Fahrzeugs.With regard to the method, the above-mentioned object is achieved by a method of claim 13 for operating a DC brush motor, in particular for operating compressed air generation with a compressor and a DC brush motor, preferably for operating an air suspension system, a brake system or the like Vehicle.
Das Verfahren geht aus von der Verwendung eines Gleichstrom-Bürstenmotors, der einen Stator und einen Rotor mit jeweils einer Mehrzahl von Polpaaren aufweist. Der Rotor ist über einen Kommutator und eine Bürstenanordnung mit einer Mehrzahl Bürsten bestrombar ist. Der Gleichstrom-Bürstenmotor weist weiterhin eine mit der Bürstenanordnung steuerverbundene Schalteinrichtung zum Schalten einer Bestromung einer Bürste auf, wobei die Schalteinrichtung in einer Betriebsschaltung des Gleichstrom-Bürstenmotors von dieser ansteuerbar integriert ist.The method is based on the use of a direct current brush motor, which has a stator and a rotor, each with a plurality of pole pairs. The rotor can be energized with a plurality of brushes via a commutator and a brush arrangement. The direct current brush motor furthermore has a switching device, which is connected to the brush arrangement in a control manner, for switching a current supply to a brush, the switching device being integrated in an operating circuit of the direct current brush motor which can be controlled by the latter.
Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
- - die Betriebsschaltung Laufzustände des Motors steuert,
- - die Betriebsschaltung für den Laufzustand einen die Leistungsaufnahme- und/oder Leistungsabgabe des Motors bestimmenden Laufparameter überwacht, und
- - in Abhängigkeit von dem Laufparameter die Schalteinrichtung ansteuert, wobei
- - the operating circuit controls the running conditions of the engine,
- - The operating circuit for the running condition monitors a running parameter determining the power consumption and / or power output of the engine, and
- - Controls the switching device depending on the running parameter, wherein
Damit ist ein Auftreten großer Stromgradienten, insbesondere beim Ein- und Ausschalten des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Bürstenmotors, verlässlich vermieden.This reliably prevents large current gradients from occurring, particularly when the DC brush motor according to the invention is switched on and off.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass es grundsätzlich vorteilhaft ist einen Kompressor mit einem Gleichstrom-Bürstenmotor anzutreiben. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass es vorkommen kann, dass bei einem mit einem Gleichstrom-Bürstenmotor angetriebenen Kompressor durch seine Leistungsaufnahme beispielsweise beim Einschalten oder beim Ausschalten, aber auch im Betrieb unter unterschiedlichen Lastbedingungen, vergleichsweise hohe Ströme auftreten können. Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass sich mit einem höherpoligen Gleichstrom-Bürstenmotor, der einen Stator und einen Rotor mit jeweils einer Mehrzahl von Polpaaren aufweist, eine Leistungsdichte im Vergleich zu einem Gleichstrom-Bürstenmotor mit nur einem Polpaar erhöhen lässt. Vorteilhafterweise lässt sich die Baugröße und Gewicht bei gleicher Leistungsdichte reduzieren.The invention is based on the consideration that it is fundamentally advantageous to drive a compressor with a DC brush motor. However, the inventors have recognized that it can happen that a compressor driven with a DC brushed motor can have comparatively high currents due to its power consumption, for example when switching on or off, but also when operating under different load conditions. The invention is now based on the knowledge that a higher-pole DC brush motor, which has a stator and a rotor, each with a plurality of pole pairs, can increase a power density compared to a DC brush motor with only one pole pair. The size and weight can advantageously be reduced with the same power density.
Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass ein Gleichstrom-Bürstenmotor mit einer Mehrzahl von Polpaaren bei veränderter Charakteristik auch mit einer reduzierten Anzahl von Bürsten lauffähig ist. Das heißt, dass ein Kommutator in diesem Laufzustand mit einer reduzierten Leistungsdichte nicht mit allen Bürsten einer Bürstenanordnung, sondern lediglich mit einer im Vergleich kleineren Anzahl Bürsten bestromt wird. Wenn lediglich eine Bestromung von Bürsten einer Bürstenanordnung mittels einer Schalteinrichtung geschaltet wird, können vorteilhafterweise alle Bürsten, auch diejenigen, die nicht bestromt werden, in Kontakt mit dem Kommutator verbleiben und müssen nicht mechanisch von diesem gelöst werden, um eine Bestromung des Kommutators durch eine der Bürsten zu unterbrechen.The invention is further based on the knowledge that a direct current brush motor with a plurality of pole pairs with a changed characteristic can also run with a reduced number of brushes. This means that a commutator in this running state with a reduced power density is not energized with all the brushes of a brush arrangement, but only with a comparatively smaller number of brushes. If only an energization of brushes of a brush arrangement is switched by means of a switching device, advantageously all brushes, even those that are not energized, can remain in contact with the commutator and do not have to be mechanically detached from it in order to energize the commutator by one of the Interrupt brushing.
Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass es beim Antreiben eines Kompressors mit einem Gleichstrom-Bürstenmotor verschiedene Laufzustände gibt, und dass es vorteilhaft sein kann, in den verschiedenen Laufzuständen jeweils eine unterschiedliche Anzahl Bürsten einer Bürstenanordnung zu bestromen. Die Erfindung beruht weiter auf der Erkenntnis, dass es vorteilhaft sein kann, wenn ein Gleichstrom-Bürstenmotor im Motorbetrieb in verschiedenen Laufzuständen mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl Bürste einer Bürstenanordnung bestromt wird.The inventors have furthermore recognized that there are different running states when driving a compressor with a DC brush motor, and that it can be advantageous to energize a different number of brushes of a brush arrangement in each case in the different running states. The invention is further based on the knowledge that it can be advantageous if a direct current brush motor is supplied with current in different running states with different numbers of brushes of a brush arrangement.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es vorteilhaft ist einen die Leistungsaufnahme- und/oder Leistungsabgabe des Motors bestimmenden Laufparameter mittels einer Betriebsschaltung --vorzugsweise transient-- über die Zeit zu überwachen und die Anzahl der bestromten Bürsten der Bürstenanordnung auf Basis des überwachten Laufparameters in einem entsprechenden Laufzustand des Motors zu bestimmen. Es hat sich als geeignetes Kriterium herausgestellt, für einen Laufparameter einen Schwellwert zu definieren und die Bestromung einer Bürste der Bürstenanordnung bei Erreichen des Schwellwerts zu schalten. Zum Schalten der Bürste steuert die Betriebsschaltung in Abhängigkeit von dem überwachten Laufparameter die Schalteinrichtung, mittels der die Bestromung der Bürste schaltbar ist, wenn der überwachte Laufparameter einen Schwellwert erreicht. Vorteilhafterweise ist die Schalteinrichtung in die ohnehin vorgesehene Betriebsschaltung integriert, sodass an einem Gleichstrom-Bürstenmotor selbst grundsätzlich keine Veränderungen vorgenommen werden müssen.The invention is based on the consideration that it is advantageous to monitor a running parameter determining the power consumption and / or power output of the motor by means of an operating circuit - preferably transiently - over time and the number of energized brushes of the brush arrangement on the basis of the monitored To determine running parameters in a corresponding running state of the engine. It has turned out to be a suitable criterion to define a threshold value for a running parameter and to switch on the energization of a brush of the brush arrangement when the threshold value is reached. To switch the brush, the operating circuit controls the switching device as a function of the monitored running parameter, by means of which the current supply to the brush can be switched when the monitored running parameter reaches a threshold value. The switching device is advantageously integrated into the operating circuit provided anyway, so that basically no changes need to be made to a DC brushed motor itself.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims and specify in particular advantageous possibilities for realizing the concept explained above in the context of the task and with regard to further advantages.
Vorteilhafterweise kann der erfindungsgemäße Gleichstrom-Bürstenmotor mit nur einer Spannungsquelle betrieben werden. Dadurch lässt sich der Einsatz von zusätzlichen Komponenten, wie eine zusätzliche Batterie, weiteren Leitungen und Anschlüssen, in einem Fahrzeug vermeiden. Das beschriebene Konzept ermöglicht also Kosteneinsparungen insbesondere gegenüber der heutigen CSS-Lösung, durch einen Wegfall von einem zusätzlichen Gehäuse und Steckern.The DC brushed motor according to the invention can advantageously be operated with only one voltage source. This avoids the use of additional components, such as an additional battery, additional lines and connections, in a vehicle. The concept described thus enables cost savings, in particular compared to today's CSS solution, by eliminating the need for an additional housing and connectors.
Ein Laufzustand kann einen beliebigen Zustand im Motorbetrieb des Gleichstrom-Bürstenmotors betreffen und ist insbesondere nicht nur auf einen Motoranlauf beschränkt. Vorteilhafterweise kann also während eines Motorbetriebs zu einem beliebigen Zeitpunkt die Bestromung einer Bürste der Bürstenanordnung in Abhängigkeit von einem überwachten Laufparameter geschaltet werden, um so eine Bestromung des Gleichstrom-Bürstenmotors anzupassen und einen Laufparameter gezielt zu manipulieren.A running state can relate to any state in the motor operation of the direct-current brush motor and is in particular not only limited to a motor start. Advantageously, the current supply to a brush of the brush arrangement can be switched as a function of a monitored running parameter at any time during motor operation, in order to adapt current supply to the DC brush motor and to specifically manipulate a running parameter.
Der Gleichstrom-Bürstenmotor ist vorzugsweise ein Permanentmagnet-Gleichstrom-Bürstenmotor, also ein permanenterregter Gleichstrom-Bürstenmotor, bei dem das Stator-Magnetfeld durch einen Permanentmagneten erzeugt wird.The direct current brush motor is preferably a permanent magnet direct current brush motor, that is to say a permanently excited direct current brush motor, in which the stator magnetic field is generated by a permanent magnet.
Der Kompressor wird in der Regel über ein Kompressor-Relais angesteuert und durch den Permanentmagnet-Gleichstrom-Bürstenmotor angetrieben. Vorteilhaferweise und bevorzugt entfällt jedoch ein konventionelles, mechanisches Relais.The compressor is usually controlled by a compressor relay and driven by the permanent magnet DC brush motor. Advantageously and preferably, however, there is no conventional mechanical relay.
Ein von einem Gleichstrom-Bürstenmotor angetriebener Kompressor läuft in der Regel durchgängig und insbesondre nicht in einem Start-Stopp Betrieb. Die Laufzustände eines Gleichstrom-Bürstenmotors zum Antreiben eines Kompressors erstrecken sich also teilweise über einen vergleichsweise langen Zeitraum, beispielsweise einen Dauerbetrieb bei konstanter Last. Bevorzugt umfassen die Laufzustände wenigstens einen Motoranlauf, einen Motordauerlauf, und einen Motorauslauf .A compressor driven by a DC brushed motor usually runs continuously and especially not in a start-stop operation. The running conditions of a DC brushed motor for driving a compressor thus extend in part over a comparatively long period of time, for example continuous operation with a constant load. The running states preferably include at least one engine start, one engine endurance run, and one engine stop.
In bestimmten Laufzuständen kann es vorteilhaft sein, wenn die Leistungsdichte eines höherpoligen Gleichstrom-Bürstenmotors durch ein Reduzieren der Anzahl bestromter Bürsten einer Bürstenanordnung gesenkt wird. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein einen Gleichstrom-Bürstenmotor im Motordauerlauf mit allen vorhandenen Bürsten und im Motoranlauf und -auslauf mit einer reduzierten Anzahl Bürsten zu bestromen. Das heißt, es kann vorteilhaft sein die Bestromung von einzelnen Bürsten temporär oder über einen längeren Zeitraum abzuschalten. Durch einen Motorbetrieb mit einer reduzierten Anzahl Bürsten kann vorteilhafterweise ein eine Leistungsaufnahme des Motors bestimmenden Laufparameter, der beispielweise einen Anlaufstrom repräsentiert, oder ein eine Leistungsabgabe des Motors bestimmenden Laufparameter, der beispielweise eine Drehzahl repräsentiert, reduziert werden. Die Anzahl der bestromten Bürsten ist hierbei bevorzugt kleiner oder gleich der Zahl von Polen der Mehrzahl von Polpaaren und beträgt aber insbesondere wenigstens zwei bestromte Bürsten.In certain running conditions, it can be advantageous if the power density of a multi-pole DC brush motor is reduced by reducing the number of brushes with current in a brush arrangement. For example, it can be advantageous to energize a DC brush motor in the continuous motor operation with all existing brushes and in the motor start and stop with a reduced number of brushes. This means that it can be advantageous to energize individual brushes temporarily or over a longer period of time switch off. Motor operation with a reduced number of brushes can advantageously reduce a running parameter determining a power consumption of the motor, which for example represents a starting current, or a running parameter determining a power output of the motor, which represents a speed, for example. The number of energized brushes is preferably less than or equal to the number of poles of the plurality of pole pairs and is, in particular, at least two energized brushes.
Die Betriebsschaltung ist bevorzugt ausgebildet, für einen Laufzustand einen die Leistungsaufnahme- und/oder Leistungsabgabe des Motors bestimmenden Laufparameter transient zu überwachen. Vorteilhafterweise wird ein Laufparameter also transient über die Zeit für einen Laufzustand während eines Motorbetriebs des Gleichstrom-Bürstenmotors überwacht. Beispielsweise können in regelmäßigen oder in zufällig definierten Zeitintervallen Abfragen eines überwachten Laufparameters durch die Betriebsschaltung stattfinden.The operating circuit is preferably designed to transiently monitor a running parameter that determines the power consumption and / or power output of the engine for a running state. Advantageously, a running parameter is thus monitored transiently over time for a running state during motor operation of the DC brush motor. For example, the operating circuit can query a monitored running parameter at regular or at randomly defined time intervals.
Vorzugsweise ist einer der Laufzustände ein Motoranlauf und der Laufparameter ein Anlaufparameter, insbesondere ein Anlaufstrom- und/oder gradient. Bevorzugt ist die Betriebsschaltung vorzugsweise ausgebildet, den Anlaufparameter zu überwachen und in Abhängigkeit von dem Anlaufparameter die Schalteinrichtung anzusteuern.One of the running states is preferably a motor start and the running parameter is a starting parameter, in particular a starting current and / or gradient. The operating circuit is preferably designed to monitor the start-up parameter and to control the switching device as a function of the start-up parameter.
Bevorzugt erfolgt ein Einschalten über zwei Bürsten. Das heißt während des Motoranlauf wird vorzugsweise lediglich ein Polpaar bestromt. Vorzugsweise werden nach dem Motoranlauf die übrigen Bürsten stufenweise nacheinander oder gemeinsam in Abhängigkeit von dem überwachten Anlaufparameter hinzu geschaltet, d. h. bestromt. Vorteilhafterweise lässt sich so ein Anlaufstrom oder eine Anlaufstromcharakteristik kontrolliert einstellen und zu hohe Anlaufstrom-Peaks vermeiden. Vorteilhafterweise ist es dann auch möglich kleinere Leitungsquerschnitte für Kompressor-Versorgungsleitungen zu verwenden. It is preferably switched on using two brushes. This means that only one pair of poles is preferably energized when the motor is started. After the motor has started, the remaining brushes are preferably switched on step by step or together depending on the monitored start-up parameter, i. H. energized. In this way, a starting current or a starting current characteristic can advantageously be set in a controlled manner and starting current peaks which are too high can be avoided. It is then also advantageously possible to use smaller line cross sections for compressor supply lines.
Vorzugsweise ist einer der Laufzustände ein Motordauerlauf und der Laufparameter ein Dauerlaufparameter, insbesondere eine Drehzahl. Bevorzugt ist die Betriebsschaltung vorzugsweise ausgebildet, den Dauerlaufparameter zu überwachen und in Abhängigkeit von dem Dauerlaufparameter die Schalteinrichtung anzusteuern.One of the running states is preferably a continuous motor run and the running parameter is a continuous running parameter, in particular a rotational speed. The operating circuit is preferably designed to monitor the endurance parameter and to control the switching device as a function of the endurance parameter.
Wie eingangs erwähnt ist eine im Motorbetrieb erzeugte Gleichspannung typischerweise drehzahlabhängig. Wenn im Motorbetrieb unterschiedliche Lastbedingungen auftreten kann es vorteilhaft sein eine Drehzahl des Gleichstrom-Bürstenmotors beispielsweise abhängig von einer Last zu senken oder zu erhöhen. Bei einer geforderten Drehzahlabsenkung wird vorzugsweise die Bestromung von einer oder von mehreren Bürsten abgeschaltet. Durch einen Motorbetrieb mit einer reduzierten Anzahl Bürsten kann eine Drehzahl des Gleichstrom-Bürstenmotors entsprechend der Anzahl bestromter Bürsten, der bereitgestellten Spannung und des abgeforderten Drehmoments gesenkt werden.As mentioned at the beginning, a DC voltage generated in motor operation is typically speed-dependent. If different load conditions occur during motor operation, it may be advantageous to lower or increase a speed of the DC brushed motor, for example, depending on a load. When the speed is reduced, the current is preferably switched off by one or more brushes. By operating the motor with a reduced number of brushes, a rotational speed of the direct current brush motor can be reduced in accordance with the number of brushes with current, the voltage provided and the torque demanded.
Vorzugsweise ist einer der Laufzustände ein Motorauslauf und der Laufparameter ein Auslaufparameter, insbesondere eine Drehzahl. Bevorzugt ist die Betriebsschaltung vorzugsweise ausgebildet, den Auslaufparameter zu überwachen und in Abhängigkeit von dem Auslaufparameter die Schalteinrichtung anzusteuern. Beispielsweise kann ein Gleichstrom-Bürstenmotor durch ein von dem überwachten Auslaufparameter abhängiges Abschalten von Bürsten der Bürstenanordnung, stufenweise nacheinander oder mehrere Bürsten zusammen, kontrolliert in einen Stillstand überführen.One of the running states is preferably a motor stopping and the running parameter is a stopping parameter, in particular a rotational speed. The operating circuit is preferably designed to monitor the runout parameter and to control the switching device as a function of the runout parameter. For example, a direct current brush motor can be brought to a standstill in a controlled manner by switching off brushes of the brush arrangement depending on the monitored run-down parameter, step by step or several brushes together.
Vorzugsweise umfasst der Gleichstrom-Bürstenmotor zwei Polpaare, d. h. vier Pole und entsprechend vier Bürsten. Es kann aber auch vorteilhaft sein eine größere Anzahl Polpaare zu verwenden, beispielsweise drei Polpaare und entsprechend sechs Bürsten.Preferably, the DC brush motor comprises two pairs of poles, i.e. H. four poles and four brushes. However, it can also be advantageous to use a larger number of pole pairs, for example three pole pairs and correspondingly six brushes.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Betriebsschaltung ausgebildet, die Schalteinrichtung derart anzusteuern, dass in Abhängigkeit von dem Laufparameter stufenweise die Bestromung einzelner Bürsten der Bürstenanordnung geschaltet wird.In a preferred development, the operating circuit is designed to control the switching device in such a way that the current supply to individual brushes of the brush arrangement is switched in stages depending on the running parameter.
Bevorzugt wird eine Bestromung einzelner Bürsten nacheinander ein- oder abgeschaltet. Die Anzahl der Stufen entspricht dann der Anzahl der ein- oder abgeschalteten Bürsten. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Bestromung mehrerer Bürsten gemeinsam ein- oder abgeschaltet wird. In diesem Fall umfasst das stufenweise Schalten der Bestromung der Bürsten im Vergleich weniger Stufen, beispielsweise nur eine Stufe zwischen der Bestromung von zwei Bürsten während eines Motoranlaufs und der Bestromung von vier Bürsten während eines Motordauerlaufs. Durch ein stufenweises Ein- oder Abschalten der Bestromung von Bürsten einer Bürstenanordnung kann kontrolliert eine Anlaufstrom- oder eine Ausschaltstromcharakteristik eingestellt werden oder gezielt eine Drehzahl des Gleichstrom-Bürstenmotors erhöht oder gesenkt und somit eingestellt werden. Durch das beschriebene Konzept lässt sich vorteilhafterweise neben einer in Stufen einstellbaren Anlaufstrom-/Ausschaltstromcharakteristik auch eine Drehzahl eines Gleichstrom-Bürstenmotors in Stufen beeinflussen, ohne eine Notwendigkeit den generellen Aufbau eines Gleichstrom-Bürstenmotors selbst grundsätzlich ändern zu müssen.An energization of individual brushes is preferably switched on or off in succession. The number of stages then corresponds to the number of brushes switched on or off. However, it can also be advantageous if the current supply to several brushes is switched on or off together. In this case, the switching of the energization of the brushes in stages comprises fewer stages, for example only one stage between the energization of two brushes during an engine start and the energization of four brushes during an engine continuous operation. By gradually switching the current supply to the brushes of a brush arrangement, a starting current or a switching-off current characteristic can be set in a controlled manner, or a speed of the DC brush motor can be specifically increased or decreased and thus set. The concept described advantageously allows, in addition to a starting current / switch-off current characteristic which can be set in stages, also to influence a rotational speed of a direct current brush motor in stages without the need to fundamentally change the general structure of a direct current brush motor itself.
Bevorzugt umfasst die Abhängigkeit der Ansteuerung der Schalteinrichtung von dem Laufparameter, dass
- - die Schalteinrichtung die Bestromung einer Bürste abschaltet, wenn der Laufparameter einen Schwellwert überschreitet und/oder
- - die Bestromung einer Bürste einschaltet, wenn der Laufparameter einen Schwellwert unterschreitet. Die Betriebsschaltung ist also vorzugsweise ausgebildet, die Schalteinrichtung derart anzusteuern, dass diese die Bestromung einer Bürste abschaltet, wenn der Schwellwert überschritten wird und/oder einschaltet, wenn der Schwellwert unterschritten wird.
- - The switching device switches off the current supply to a brush when the running parameter exceeds a threshold value and / or
- - switches on the current supply to a brush when the running parameter falls below a threshold value. The operating circuit is therefore preferably designed to control the switching device in such a way that it switches off the current supply to a brush when the threshold value is exceeded and / or switches on when the threshold value is undershot.
Vorteilhafterweise lässt sich also die Zahl der bestromten Bürsten in Abhängigkeit von dem überwachten Laufparameter wählen, insbesondere lässt sich die Zahl der bestromten Bürsten dadurch wählen, dass für den Laufparameter ein Schwellwert definiert wird. Anhand eines Über- oder Unterschreitens des Schwellwerts, kann dann während des Motorbetriebs die Zahl der bestromten Bürsten geändert werden. Ein Schwellwert bietet hierbei ein besonders geeignetes Kriterium. Es ist kann aber auch vorteilhaft sein, die Zahl der bestromten Bürsten in Abhängigkeit von einem weiteren zusätzlichen oder alternativen Kriterium zu wählen.The number of energized brushes can therefore advantageously be selected as a function of the monitored running parameter; in particular, the number of energized brushes can be selected by defining a threshold value for the running parameter. If the threshold value is exceeded or undershot, the number of brushes supplied with current can then be changed during motor operation. A threshold value offers a particularly suitable criterion. However, it can also be advantageous to choose the number of brushes that are energized as a function of a further additional or alternative criterion.
Vorzugsweise umfasst die Abhängigkeit der Ansteuerung der Schalteinrichtung von dem Laufparameter, dass die Anzahl der in einem Lauzustand bestromten Bürsten der Bürstenordnung von dem überwachten Laufparameter abhängt.The dependence of the control of the switching device on the running parameter preferably includes the fact that the number of brushes of the brush arrangement which are energized in a lukewarm state depends on the monitored running parameter.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Schalteinrichtung elektronische Schaltelemente auf. Die Schaltelemente haben bevorzugt wenigstens einen elektrisch leitenden Schaltzustand in dem eine oder mehrere Bürsten im Betrieb mit Strom beaufschlagt werden und in einem elektrisch nichtleitenden Schaltzustand, in dem eine Bestromung einer oder mehrerer Bürsten unterbrochen ist. Vorzugsweise sind die elektronischen Schaltelemente der Schalteinrichtung von der Betriebsschaltung ansteuerbar. Jeweils ein Schaltelement ist vorzugsweise genau einer Bürste der Bürstenanordnung zugeordnet und schaltet eine Bestromung dieser zugeordneten Bürste. Vorteilhafterweise können die Bürsten dann unabhängig voneinander geschaltet werden. Besonders bevorzugt sind die Schaltkontakte durch die Betriebsschaltung unabhängig voneinander ansteuerbar. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn mit einem Schaltelement mehrere Bürsten gemeinsam schaltbar sind. Beispielsweise kann lediglich ein Schaltelement in einer Schalteinrichtung vorgesehen sein, welches ausgebildet ist, zwischen einer reduzierten Anzahl bestromter Bürsten und einer vollen Anzahl bestromter Bürsten zu schalten.In a preferred development, the switching device has electronic switching elements. The switching elements preferably have at least one electrically conductive switching state in which one or more brushes are supplied with current during operation and in an electrically non-conductive switching state in which the current supply to one or more brushes is interrupted. The electronic switching elements of the switching device can preferably be controlled by the operating circuit. In each case one switching element is preferably assigned to exactly one brush of the brush arrangement and switches an energization of this assigned brush. The brushes can then advantageously be switched independently of one another. The switching contacts can particularly preferably be controlled independently of one another by the operating circuit. However, it can also be advantageous if several brushes can be switched together with one switching element. For example, only one switching element can be provided in a switching device, which is designed to switch between a reduced number of energized brushes and a full number of energized brushes.
Vorzugsweise sind die Schaltelemente als Halbleiterschalter auf einer Leiterplatte der Betriebsschaltung verbaut. Vorteilhafterweise können die Halbleiterschalter vergleichsweise preiswerte, ungeschützter Halbleiter sein, da es nicht notwendig ist externe Verkabelungsfehler zu berücksichtigen. Bevorzugt sind die Halbleiterschalter Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren.The switching elements are preferably installed as semiconductor switches on a circuit board of the operating circuit. The semiconductor switches can advantageously be comparatively inexpensive, unprotected semiconductors, since it is not necessary to take external cabling errors into account. The semiconductor switches are preferably metal-oxide-semiconductor field-effect transistors.
Vorzugsweise umfasst die Abhängigkeit der Ansteuerung der Schalteinrichtung von dem Laufparameter, dass der Laufparameter durch eine hochfrequente Taktung der Halbleiterschalter begrenzt, insbesondere reduziert, wird. Vorteilhafterweise können z. B. zwei Halbleiterschalter, die jeweils eine Bestromung einer entsprechenden Bürste schalten, über eine schnelle Taktung beispielweise einen Anlaufstromgradienten beeinflussen. Während eines Motoranlaufs wird vorzugsweise der Anlaufstrom begrenzt oder sogar reduziert. Nach einem Motoranlauf können dann über weitere die Halbleiterschalter die restlichen Bürsten zugeschaltet werden. Vorteilhafterweise lässt sich so während eines Motoranlaufs der Anlaufstromgradient durch eine gepulste Ansteuerung einstellen und zwei weitere Kompressor-Drehzahlen durch eine statische Ansteuerung der übrigen Halbleiterschalter darstellen.The dependence of the control of the switching device on the running parameter preferably includes the fact that the running parameter is limited, in particular reduced, by high-frequency clocking of the semiconductor switches. Advantageously, for. B. two semiconductor switches, each of which switch the current supply to a corresponding brush, can influence a starting current gradient, for example, by means of fast clocking. During a motor start-up, the starting current is preferably limited or even reduced. After the motor has started, the remaining brushes can then be switched on via further semiconductor switches. Advantageously, the starting current gradient can be set during a motor start-up by a pulsed control and two further compressor speeds can be represented by a static control of the other semiconductor switches.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Schalteinrichtung ausgebildet, eine Bürste der Bürstenanordnung zeitgesteuert anzusteuern. Die Schalteinrichtung umfasst vorzugsweise eine Zeitsteuerlogik, welche gemeinsam mit Schaltelementen der Schalteinrichtung auf einer Leiterplatte der Betriebsschaltung verbaut ist. Eine zeitgesteuerte Ansteuerung der Bürsten stellt eine vergleichsweise einfache Möglichkeit der Ansteuerung dar. Durch eine zeitgesteuerte Ansteuerung der Bürsten kann vorteilhafterweise eine Strommessung zur Ansteuerung entfallen. Es ist auch denkbar, dass nur ausgewählte Bürsten der Bürstenanordnung zeitgesteuert angesteuert werden. Die Zeitsteuerlogik ist vorzugsweise ein integraler Bestandteil derjenigen Leiterplatte, auf der die Schaltelemente verbaut sind.In a preferred development, the switching device is designed to control a brush of the brush arrangement in a time-controlled manner. The switching device preferably comprises a time control logic which is installed together with switching elements of the switching device on a circuit board of the operating circuit. A time-controlled activation of the brushes represents a comparatively simple way of activation. A time-controlled activation of the brushes can advantageously dispense with a current measurement for activation. It is also conceivable that only selected brushes of the brush arrangement are controlled in a time-controlled manner. The timing logic is preferably an integral part of the circuit board on which the switching elements are installed.
In einer Weiterbildung ist die Schalteinrichtung ausgebildet, ein Steuersignal von einem wirkverbundenen und dem Gleichstrom-Bürstenmotor übergeordneten Steuergerät zu empfangen. Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung ausgebildet, die Bestromung der Bürste in Abhängigkeit von dem empfangenen Steuersignal zu schalten. Vorteilhafterweise kann durch das übergeordnete Steuergerät unabhängig von der Betriebsschaltung durch ein Steuersignal eine Anzahl bestromter Bürsten der Bürstenanordnung bestimmt werden. Bürsten können also mittels einem entsprechenden Steuersignal ein- oder abgeschaltet werden.In a further development, the switching device is designed to receive a control signal from an operatively connected control unit that is superior to the DC brush motor. The switching device is preferably designed to switch the current supply to the brush as a function of the control signal received. A number of energized brushes of the brush arrangement can advantageously be determined by the higher-level control device independently of the operating circuit by means of a control signal. Brushes can therefore be switched on or off by means of a corresponding control signal.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und·beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
-
1 : eine schematische Darstellung eines Gleichstrom-Bürstenmotors; -
2 : eine schematische Darstellung einer Verschaltung einzelner Bürsten bei einem vier-poligen Gleichstrom-Bürstenmotor; -
3 : ein elektrisches Ersatzschaltbild eines vier-poligen Gleichstrom-Bürstenmotors mit vier Bürsten; -
4 : eine mögliche Beschaltung der Bürsten eines vier-poligen Gleichstrom-Bürstenmotors; -
5 : zeigt einen Rotor, der als zwölf-nutiger Anker mit zwölf Einzelspulen, welche die Ankerwicklungen bilden, aufgebaut ist.
-
1 : a schematic representation of a DC brush motor; -
2nd : A schematic representation of an interconnection of individual brushes in a four-pole DC brush motor; -
3rd : an electrical equivalent circuit diagram of a four-pole DC brush motor with four brushes; -
4th : a possible wiring of the brushes of a four-pole DC brush motor; -
5 : shows a rotor that is constructed as a twelve-slot armature with twelve individual coils that form the armature windings.
In
Der Gleichstrom-Bürstenmotor
Der Rotor
Der Gleichstrom-Bürstenmotor
Typischerweise haben mit einem Gleichstrom-Bürstenmotor angetriebene Kompressoren für Fahrzeug-Luftfederungen eine Leistungsaufnahme von 180 W bis 400 W, bei einem Anlaufstrom von bis zu 120 A. Ein solcher kurzzeitige Anlaufstrom-Peak kann sich negativ auf das elektrische Bordnetz eines Fahrzeugs, eine Sicherungsauslegung eines Kompressor-Versorgungskreises auswirken oder einen Spannungsfall über Kompressor-Versorgungsleitungen im Anlaufmoment bewirken und sich damit auf eine Anlauffähigkeit des Kompressors auswirken.Typically, compressors for vehicle air suspensions driven with a DC brush motor have a power consumption of 180 W to 400 W, with a starting current of up to 120 A. Such a short-term starting current peak can have a negative impact on the electrical system of a vehicle Compressor supply circuit or cause a voltage drop via compressor supply lines at the starting torque and thus affect the ability of the compressor to start.
Beispielsweise kann es im Falle einer geschwächten Starterbatterie vorkommen, dass ein Gleichstrom-Bürstenmotor einen steilen Stromanstieg beim Einschalten eines Kompressors nicht ausregeln kann. Dadurch kann es zu einer kurzzeitigen Unterspannung in einem Fahrzeug kommen, die wiederum zu Funktionsstörungen anderer Fahrzeugsysteme führen kann. Wird der Kompressor beispielsweise über ein Relais ausgeschaltet, kann die schlagartige Reduzierung des Strombedarfes um ca. 25 A - 30 A bei geschwächter Batterie eine unerwünschte Beeinflussung des Bordnetzes bewirken. Eine solche Beeinflussung kann eine kurzfristige Überspannung betreffen, die wiederum zu Funktionsstörungen anderer Systeme eines Fahrzeugs führen kann.For example, in the case of a weakened starter battery, it may happen that a DC brushed motor cannot compensate for a steep rise in current when a compressor is switched on. This can lead to a brief undervoltage in a vehicle, which in turn can lead to malfunctions in other vehicle systems. If the compressor is switched off via a relay, for example, the sudden reduction in power consumption by approx. 25 A - 30 A with a weak battery can have an undesirable influence on the vehicle electrical system. Such an influence can affect a short-term overvoltage, which in turn can lead to malfunctions in other systems in a vehicle.
Ein Spannungsfall ΔU über Kompressor-Versorgungsleitungen mit dem Leitungswiderstand RLeitung berechnet sich aus
Bei einem hohen Anlaufstrom IAnlauf ergibt sich ein hoher Spannungsfall, der die Startfähigkeit des Kompressors reduzieren kann. Zur Kompensation eines Spannungsfalls ist es vorteilhaft entsprechende ausgelegte Leitungsquerschnitte für Kompressor-Versorgungsleitungen zu verwenden.With a high starting current I start there is a high voltage drop, which can reduce the starting ability of the compressor. To compensate for a voltage drop, it is advantageous to use appropriate line cross sections for compressor supply lines.
Heutzutage werden zum Antreiben eines Kompressors typischerweise zweipolige Gleichstrom-Bürstenmotoren, d. h. mit genau einem Polpaar, eingesetzt. Nowadays, typically two-pole DC brush motors, e.g. H. with exactly one pole pair.
Um eine Einschaltstrom- oder Ausschaltstromcharakteristik einzustellen wird in der Regel eine CSS (Compressor-Soft-Start)-Steuerung verwendet, um insbesondere einen Sanft-Anlauf zu bewirken. Eine Strombegrenzung mittels CSS erfordert jedoch ein hochdynamisch schaltbares Element sowie eine hochdynamische Messung eines Kompressorstroms und ist somit mit vergleichsweise hohem technischen Aufwand verbunden. Eine Drehzahlstellung mittels CSS wird aufgrund von erhöhten Anforderungen beispielsweise an eine Kühlung und Schaltelemente bislang nicht genutzt.In order to set an inrush current or an inrush current characteristic, a CSS (compressor soft start) control is generally used, in particular to bring about a soft start. Current limitation using CSS, however, requires a highly dynamically switchable element and a highly dynamic measurement of a compressor current and is therefore associated with a comparatively high technical outlay. A speed setting using CSS has so far not been used due to increased requirements for cooling and switching elements, for example.
Gemäß dem Konzept der Erfindung ist nun -wie hier dargestellt-- vorgesehen, dass die Schalteinrichtung
Die Betriebsschaltung
Die Betriebsschaltung
Damit ist ein Auftreten großer Stromgradienten, insbesondere beim Ein- und Ausschalten des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Bürstenmotors, verlässlich vermieden.This reliably prevents large current gradients from occurring, particularly when the DC brush motor according to the invention is switched on and off.
Insbesondere steuert die Betriebsschaltung
Auch mit einer reduzierten Anzahl von Bürsten
Die Schaltelemente
Eines der Schaltelemente ist über eine der Leitungen
Die Bürsten
Der Gleichstrom-Bürstenmotor
Für das in
Der Widerstand einer solchen Einzelspule RSpule kann hier beispielsweise als RSpule = 66.67 mOhm und die Bürsten- und Drosselwiderstände zusammen als RBürste + RDrossel = 50 mOhm angenommen werden. Für die Details der Berechnung des Gesamtwiderstands wird an dieser Stelle auf die Beschreibung der
Für den Fall, dass der Rotor
Für den Fall, dass der Rotor
Für den Fall, dass bei diesem Beispielmodell der Rotor
Diese beispielhafte rechnerische Betrachtung der Abhängigkeit des Anlaufstroms von der Anzahl bestromter Bürsten am Beispiel eines vier-poligen Gleichstrom-Bürstenmotors verdeutlicht also, dass ein Anlaufstrom, durch Reduzieren der Anzahl bestromter Bürsten auf zwei bzw. drei bestromte Bürsten, im Vergleich zu einem Motoranlauf mit vier bestromten Bürsten deutlich gesenkt werden kann - bei dem vorliegenden Beispielmodell von 120A auf 68A bei drei Bürsten (also deutlich unter 75%) bzw. 48A bei zwei Bürsten (also deutlich unter 50%).Diese beispielhafte rechnerische Betrachtung der Abhängigkeit des Anlaufstroms von der Anzahl bestromter Bürsten --hier am Beispiel eines vier-poligen Gleichstrom-Bürstenmotors-- verdeutlicht, dass ein Anlaufstrom, durch Reduzieren der Anzahl bestromter Bürsten überproportional im Vergleich zur Zahl der Bürsten gesenkt werden kann.This exemplary mathematical consideration of the dependency of the starting current on the number of energized brushes using the example of a four-pole DC brush motor therefore shows that a starting current, by reducing the number of energized brushes to two or three energized brushes, compared to a motor start with four energized brushes can be significantly reduced - in the present example model from 120A to 68A with three brushes (well below 75%) or 48A with two brushes (well below 50%). This exemplary calculation of the dependency of the starting current on the number energized brushes - here using the example of a four-pole DC brush motor - illustrates that a starting current can be reduced disproportionately compared to the number of brushes by reducing the number of energized brushes.
Der Gleichstrom-Bürstenmotors
Mit dem Schaltelement
Die Bürsten
Die Schalteinrichtung des in
Der gezeigte Gleichstrom-Bürstenmotor
In a), b) und c) sind verschiedene, --auch in Bezug auf
Im Moment eines Einschaltens einer Bestromung wird ein Strom durch die Ankerwicklungen nur durch deren ohmschen Widerstand begrenzt. Der Gesamtwiderstand RGesamt ergibt sich durch die elektrische Verschaltung der Einzelspulen mit dem Widerstand RSpule d. h. den entsprechenden Reihen- und Parallelschaltungen der einzelnen Spulenwiderstände RSpule, sowie der Anzahl paralleler, stromdurchflossener Ankerzweige.When current is switched on, a current through the armature windings is limited only by their ohmic resistance. The total resistance R total results from the electrical connection of the individual coils with the resistor R coil, ie the corresponding series and parallel connections of the individual coil resistors R coil , and the number of parallel armature branches through which current flows.
In a) wird der Rotor
In b) wird der Rotor
In c) wird der Rotor
BezugszeichenlisteReference list
- 100100
- Gleichstrom-BürstenmotorDC brush motor
- 102102
- Statorstator
- 104104
- Rotorrotor
- 106106
- Kommutatorcommutator
- 108108
- BürstenanordnungBrush arrangement
- 109.n109.n
- Mehrzahl von BürstenMajority of brushes
- 110110
- SchalteinrichtungSwitching device
- 112112
- BetriebsschaltungOperating circuit
- 114114
- elektronische Schaltelementeelectronic switching elements
- 200200
- Gleichstrom-BürstenmotorDC brush motor
- 203203
- PermanentmagnetPermanent magnet
- 204204
- Rotorrotor
- 206206
- Kommutatorcommutator
- 209.1, 209.2, 209.3, 209.4209.1, 209.2, 209.3, 209.4
- Bürstento brush
- 210210
- SchalteinrichtungSwitching device
- 211.1, 211.2211.1, 211.2
- AnschlussleitungenConnecting cables
- 213213
- SpannungsversorgungPower supply
- 214.1, 214.2, 214.3, 214.4214.1, 214.2, 214.3, 214.4
- elektronische Schaltelementeelectronic switching elements
- 215215
- TasterButton
- 216.1, 216.2, 216.3, 216.4216.1, 216.2, 216.3, 216.4
- Leitungencables
- 300300
- Rotorrotor
- 304304
- zwölf Einzelspulentwelve individual coils
- 309.1, 309.2, 309.3, 309.4309.1, 309.2, 309.3, 309.4
- Bürstento brush
- 400400
- Gleichstrom-BürstenmotorDC brush motor
- 406406
- Kommutatorcommutator
- 409.1, 409.2, 409,3, 409.4409.1, 409.2, 409.3, 409.4
- Bürstento brush
- 414.1, 414.2, 414.3414.1, 414.2, 414.3
- SchaltelementeSwitching elements
- 418418
- ZeitsteuerlogikTiming logic
- 419419
- Filterfilter
- 420420
- übergeordnetes Steuergeräthigher-level control unit
- 421421
- SpannungsversorgungPower supply
- 422422
- SteuerleitungControl line
- 500500
- Rotorrotor
- 502502
- zwölf-nutiger Ankertwelve-groove anchor
- 504504
- zwölf Einzelspulentwelve individual coils
- 506.1, 506.2, 506.3, 506.4506.1, 506.2, 506.3, 506.4
-
Bürsten508 elektrischen Anschlüsse des Kommutators
Brushes 508 electrical connections of the commutator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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Priority Applications (2)
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PCT/EP2019/076400 WO2020078701A1 (en) | 2018-10-17 | 2019-09-30 | Brushed dc motor for driving a compressor, compressed-air generation and method for operating a brushed dc motor |
Applications Claiming Priority (1)
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