DE102021121142A1

DE102021121142A1 - Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor mit einer Entstörvorrichtung für das Kommutierungssystem und ein Schiebedach mit einem solchen Motor

Info

Publication number: DE102021121142A1
Application number: DE102021121142.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Bruhn
Original assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Current assignee: Nidec Motors and Actuators Germany GmbH
Priority date: 2021-08-13
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2023-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gleichstromerregten bürstenbehafteten Motor (1) aufweisend ein Kommutierungssystem mit einem Kommutator (6) mit in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Lamellen und wenigstens zwei Bürsten (4,5), die mit den Lamellen zusammenwirken, wobei die Bürsten (4,5) über Anschlussleitungen (40,50) an ein Gleichspannungsnetz anschließbar sind, das Kommutierungssystem in einem Metallgehäuse (8) des Motors angeordnet ist und der Motor (1) eine Entstörvorrichtung (2) für das Kommutierungssystem aufweist, die für jede Anschlussleitung (40,50) eine Entstördrossel (L1,L2) und einen Kondensator (C2,C3) umfasst, und wobei die Anschlussleitungen (40,50) zwischen einem Anschluss für den jeweiligen Kondensator (C2,C3) und einem Gehäusedurchgang (9,10) durch das Metallgehäuse (8) des Motors eine EMV Schirmung (11) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gleichstromerregten bürstenbehafteten Motor mit einer Entstörvorrichtung für das Kommutierungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Schiebedach mit einem solchen Motor.
Bei gleichstromerregten bürstenbehafteten Motoren wird der Strom von der Stromversorgung bzw. der Steuereinrichtung über Bürsten zugeführt, die an dem in mehrere Lamellen unterteilten, zur Stromwendung dienenden Kommutator anliegen. Die Lamellen sind am Umfang des Kommutators gegeneinander isoliert und werden bei Drehung des aus den Ankerwicklungen, Motorwelle und Kommutator gebildeten Rotors entsprechend aufeinander folgend über die Bürsten bestromt. Hierbei gelangt jede Bürste von einer Lamelle aus nachfolgend auf den isolierten Zwischenbereich bzw. die Nut zwischen zwei Lamellen, wobei sie die beiden benachbarten Lamellen gleichzeitig kontaktiert und kurzschließt bzw. überbrückt, was zu einer Änderung im Stromsignal führt. Diese Motoren verursachen abgestrahlte und leitungsgebundene Störungen, welche die elektromagnetische Verträglichkeit des Motors bestimmen. In vielen Einsatzfällen müssen die Störstrahlungen unter vorgeschriebenen Grenzwerten liegen. Bekannte Spezifikationen sind z. B. CISPR 25 Level 5 und VW81000. Zur Reduktion der Störstrahlung ist es bekannt, Entstörbauteile wie Drosseln und Kondensatoren einzusetzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen gleichstromerregten bürstenbehafteten Motor mit Entstörvorrichtung für das Kommutierungssystem anzugeben, das erlaubt, die vorgeschriebenen Grenzwerte einzuhalten.
Diese Aufgabe wird von einem gleichstromerregten bürstenbehafteten Motor mit Entstörvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Schiebedach mit einem solchen Motor gelöst.
Demnach ist ein gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor aufweisend ein Kommutierungssystem mit einem Kommutator mit in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Lamellen und wenigstens zwei Bürsten (insbesondere genau zwei), die mit den Lamellen zusammenwirken, vorgesehen.
Die Bürsten sind über Anschlussleitungen an ein Gleichspannungsnetz anschließbar. Das Kommutierungssystem ist in einem Metallgehäuse des Motors angeordnet und der Motor weist eine Entstörvorrichtung für das Kommutierungssystem auf, die für jede Anschlussleitung eine Entstördrossel und einen Kondensator umfasst. Als Teil der Entstörvorrichtung weisen die Anschlussleitungen zwischen einem Anschluss für den jeweiligen Kondensator und einem Gehäusedurchgang durch das Metallgehäuse des Motors eine EMV Schirmung auf. Die elektromagnetischen Störungen können durch die Schirmung effektiv und besonders kostengünstig reduziert werden.
Vorzugsweise weisen die Anschlussleitungen jeweils einen Leiter auf, der in der EMV Schirmung von einer Isolation und einer die Isolation außenumfänglich umgebenden elektromagnetischen Abschirmung umgeben ist. Diese EMV Schirmung hat unter anderem einen Durchführungskondensator-Effekt und schützt vor Aufnahme neuer strahlungsgebundener Störungen.
Die Abschirmung ist bevorzugt mit Masse verbunden oder weist eine Umspritzung aus einem schirmenden Kunststoff auf. Der schirmende Kunststoff hat vorzugsweise einen metallischen Anteil und kann auch einen Kohlefaseranteil haben, wodurch die gleiche abschirmende Wirkung wie bei Metall entsteht.
Die Störungen können noch geringer gehalten werden, wenn die Entstördrosseln unmittelbar hinter den Bürsten angeordnet sind und somit möglichst nah an der Störstelle liegen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Anschlussleitungen jeweils nach der Entstördrossel eine Abzweigung in Form einer Austrittsleitung aufweisen, wobei die Austrittsleitung aus dem Metallgehäuse herausführt und in den Austrittsleitungen jeweils der Kondensator der Entstörvorrichtung angeordnet ist. Der Kondensator ist mit Masse verbunden oder an die Erde des Metallgehäuses angebunden.
Um die Störungen möglichst gering zu halten, ist auch der Abstand in den Anschlussleitungen zwischen Entstördrossel und Kondensator minimal.
Die Bürsten sind vorzugsweise auf einer Bürstenhalteplatte angeordnet, auf der auch die Elektronikbauteile angebracht sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Bürstenhalteplatte eine symmetrische Anordnung hat, wobei die Symmetrieachse mittig durch die sich gegenüberliegenden Bürsten (zwei Bürsten) geht und mittig von den Anschlussleitungen liegt. In anderen Worten, die Entstörbauteile der Entstörvorrichtung, die Bürsten und die Leitungen sind zur Vermeidung von Aufschwingungen spiegelsymmetrisch angeordnet.
Zum Kurzschließen hochfrequenter Störungen weist die Entstörvorrichtung vorzugweise zwischen den Anschlussleitungen einen Kondensator mit parallel angeordnetem Varistor oder TVS Diode zur Spannungsspitzen-Reduktion auf. Die Leitungen zwischen den Anschlussleitungen müssen nicht geschirmt sein, da diese nicht nach außen führen und somit auf die Leitungen keine Störimpulse geben.
Weiterhin ist ein Schiebedach mit einem zuvor beschriebenen gleichstromerregten bürstenbehafteten Motor vorgesehen. Besonders bei Schiebedächern in Kraftfahrzeugen ist das Einhalten von Grenzwerten bei elektromagnetischer Störstrahlung wichtig. Der Einsatz in Fahrzeugsitzen und dergleichen ist ebenfalls denkbar.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt 1 eine Schaltungsanordnung eines gleichstromerregten bürstenbehafteten Motors 1 mit Entstörvorrichtung 2. Der Motor 1 ist ein permanentmagnetisch erregter Motor mit einem symbolisch in Form eines Permanentmagnetes dargestellten Stator 3 und einem über zwei Bürsten 4,5 sowie einen Kommutator 6 gespeisten Rotor 7. Der Motor 1 ist in einem metallischen Motorgehäuse 8 (gestrichelte Linie) angeordnet. An die beiden Bürsten 4,5 wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung eine Gleichspannung, z. B. als PWM-Signal angelegt. Die Spannungsversorgung liegt außerhalb des Motorgehäuses. Eine erste Bürste 4 ist über eine erste Anschlussleitung 40 mit einem nicht dargestellten ersten Pol und eine zweite Bürste 5 über eine zweite Anschlussleitung 50 mit einem nicht dargestellten zweiten Pol eines Gleichspannungsnetzes verbunden. Die durch den Motor 1 verursachten elektromagnetischen Störungen werden im Wesentlichen durch dessen Kommutierungssystem mit den Bürsten 4,5 und dem Kommutator 6 hervorgerufen. Die auf den in der Zeichnung nicht dargestellten Lamellen des Kommutators 6 laufenden Bürsten verursachen jeweils durch die Unterbrechung des Rotorstromes beim Ablaufen einer Bürste 4,5 von einer Kommutatorlamelle stromführende Gasentladungen mit sehr kurzen Stromanstiegszeiten und somit hochfrequenter Störabstrahlung. Die im Folgenden beschriebene Entstörvorrichtung 2 dient dazu, die vorgeschriebenen Grenzwerte der elektromagnetischen Störstrahlung einzuhalten.
In der ersten Anschlussleitung 40 ist unmittelbar nach der ersten Bürste 4 eine erste Entstördrossel L1 angeordnet. Auch unmittelbar nach der zweiten Bürste 5 ist in der zweiten Anschlussleitung 50 eine zweite Entstördrossel L2 eingesetzt. Die Entstördrosseln L1,L2 sind somit so nah wie möglich an der Störstelle eingebaut. Direkt hinter den Entstördrosseln L1,L2 ist jeweils ein Knoten 41,51 vorgesehen, in denen von den Anschlussleitungen 40,50 jeweils eine Austrittsleitung 42,52 abzweigt. Die Austrittsleitungen 42,52 führen aus dem metallisch abgeschirmten Bereich des Motorgehäuses 8 heraus. Die Anschlussleitungen 42,52 liegen innerhalb des Motorgehäuses 8 bis zu einem jeweiligen Gehäusedurchgang 9,10 in dem Motorgehäuse 8. In den Austrittsleitungen 42,52 ist jeweils ein Kondensator C2, C3 innerhalb des Motorgehäuses angeordnet, der mit Masse verbunden ist oder der an die Erde des Motorgehäuses angebunden ist. Ausgehend von den beiden Knoten 41,51 ist zwischen den beiden Anschlussleitungen 40,50 ein Überbrückungskondensator C1 zum Kurzschließen hochfrequenter Störungen vorgesehen. Dazu ist parallel zum Kondensator C1 ein Varistor V1 angeordnet. Zwischen den Knoten (Kondensatoranschluss) 41,51 und dem Gehäusedurchgang 9,10 weisen die Anschlussleitungen eine EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) Schirmung 11 auf. Der Leiter der Anschlussleitungen 43,53 ist von einer Isolation 44,54 umgeben. Zur Isolation werden meistens als Material Polyurethan oder Polyvinylchlorid (PVC) verwendet, da diese kostengünstig und hitzebeständig bei gleichzeitig guter Isolation sind. Aber auch andere Polymerkunststoffe können zum Einsatz kommen, solange sie die Anforderungen erfüllen. Die Isolation 44,54 ist von einer Abschirmung 45,55 umgeben. Die Abschirmung 45,55 kann beispielsweise ein Abschirmgeflecht aus Kupfer und/oder eine gewickelte Metall-Folie sein. Auch aufgedampfte Beschichtungen können die Abschirmwirkung erzielen. Die Abschirmung 45,55 ist gegen Masse verbunden oder weist eine entsprechende Anbindung an die Erde des Motorgehäuses auf. Die EMV Schirmung 11 leitet die Störstrahlungen zur Masse hin ab. Zusätzlich wirkt die EMV Schirmung 11 als Durchführungskondensator.
Es ist auch möglich die Abschirmung nicht an Masse anzubinden und anstelle dessen eine Umspritzung aus einem speziellen schirmenden Kunststoff zu verwenden, wodurch ebenfalls gute Ergebnisse erzielt werden können.
Die Bürsten 4,5 sind vorzugsweise auf einer Bürstenhalteplatte angeordnet, auf der auch die Elektronikbauteile angebracht sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Bürstenhalteplatte eine spiegelsymmetrische Anordnung hat, wobei die Symmetrieachse mittig durch die gegenüberliegenden Bürsten und mittig von den Anschlussleitungen liegt. In anderen Worten, die Entstörbauteile der Entstörvorrichtung, die Bürsten und die Leitungen sind zur Vermeidung von Aufschwingungen spiegelsymmetrisch angeordnet. Die gestrichelte Linie verdeutlicht die Symmetrieachse 12.

Claims

Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor (1) aufweisend ein Kommutierungssystem mit einem Kommutator (6) mit in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordneten Lamellen und wenigstens zwei Bürsten (4,5), die mit den Lamellen zusammenwirken, wobei die Bürsten (4,5) über Anschlussleitungen (40,50) an ein Gleichspannungsnetz anschließbar sind, das Kommutierungssystem in einem Metallgehäuse (8) des Motors angeordnet ist und der Motor (1) eine Entstörvorrichtung (2) für das Kommutierungssystem aufweist, die für jede Anschlussleitung (40,50) eine Entstördrossel (L1,L2) und einen Kondensator (C2,C3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (40,50) zwischen einem Anschluss für den jeweiligen Kondensator (C2,C3) und einem Gehäusedurchgang (9,10) durch das Metallgehäuse (8) des Motors eine EMV Schirmung (11) aufweisen.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (40,50) jeweils einen Leiter (43,53) aufweisen, der in der EMV Schirmung (11) von einer Isolation (44,54) und einer die Isolation (44,54) außenumfänglich umgebenden elektromagnetischen Abschirmung (45,55) umgeben ist.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung mit Masse verbunden ist oder eine Umspritzung aus einem schirmenden Kunststoff aufweist.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstördrosseln (L1,L2) unmittelbar hinter den Bürsten (4,5) angeordnet sind.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen (40,50) jeweils nach der Entstördrossel (L1,L2) eine Abzweigung in Form einer Austrittsleitung (42,52) aufweisen, wobei die Austrittsleitung (42,52) aus dem Metallgehäuse herausführt und in den Austrittsleitungen (42,52) innerhalb des Metallgehäuses (8) jeweils der Kondensator (C2,C3) angeordnet ist, der mit Masse verbunden ist oder an die Erde des Metallgehäuses angebunden ist.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand in den Anschlussleitungen (40,50) zwischen Entstördrossel (L1,L2) und Kondensator (C2,C3) minimal ist.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlussleitungen (40,50) ein Kondensator (C1) mit parallel angeordnetem Varistor oder Diode angeordnet ist.
Gleichstromerregter bürstenbehafteter Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Bürsten (4,5), die Entstörvorrichtung (2) und die Anschlussleitungen (40,50) spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Schiebedach mit einem gleichstromerregten bürstenbehafteten Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.