DE19913956A1

DE19913956A1 - Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung

Info

Publication number: DE19913956A1
Application number: DE1999113956
Authority: DE
Inventors: Andreas Reinhold; Horst Steegmueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: DE19913956C2

Abstract

Zur einfachen Begrenzung des Motorstroms (I¶M¶) im Motoranlauf ist eine motoreigene, insbesondere motorinnere, jeweils bei externem Anschluß des Kommutatormotors an seine Speisespannungsquelle (U; GND) mitaktivierbare Regel- bzw. Steuervorrichtung (OS; IN; KO; VE) vorgesehen, die zweckmäßigerweise entsprechend einem zeitlich ansteigenden Integrator-Steuersignal (S2) zunehmende Stromflußzeiten für den über Bürsten (B1; B2) eingespeisten Motorstrom (I¶M¶) vorgibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutatormotor mit An laufstrombegrenzung.

Die Standzeiten von über Bürsten gespeisten Kommutatormotoren sind insbesondere durch den Verschleiß der Bürsten bzw. des von diesen beschliffenen Kommutators bestimmt; maßgebliche Ursache für einen erhöhten Verschleiß sind hohe Stromdichten und dadurch bedingte hohe Temperaturbelastungen beim Motoran lauf nach einem Einschalten des Kommutatormotors. Insbeson dere elektrische Stell- bzw. Hilfsantriebe in Kraftfahrzeu gen, wie z. B. für Fahrstabilitätsregelungen, Traktionskon trollen, elektrische Schalt- und Bremsgetriebe sowie elektro hydraulische Kupplungssysteme sind häufigen Einschaltungen mit entsprechend hohen Stromdichten unterworfen.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll bei einem über Bür sten gespeisten Kommutatormotor eine Anlaufstrombegrenzung und damit eine wesentliche Verlängerung der Betriebsstandzeit ohne anwenderseitigen zusätzlichen Steuer- bzw. Regelaufwand gewährleistet werden können.

Die Lösung der Erfindung gelingt durch einen Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung gemäß Patentanspruch 1; vorteilhaf te Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße motoreigene Regel- bzw. Steuervorrich tung erlaubt einen anwenderseitigen Anschluß des Kommutator motors in bisher üblicher Weise an lediglich eine zweiphasige Speisespannung, wobei beim Anschalten des erfindungsgemäßen Kommutatormotors selbsttätig eine im Sinne großer Betriebs standzeiten vorteilhafte Anlaufstrombegrenzung aktiviert ist. Die erfindungsgemäße Anlaufstrombegrenzung beeinflußt die Mo difikation der elektrischen Schnittstelle zwischen dem Kom mutatormotor einerseits und dessen äußerer Spannungsversor gung, z. B. durch einen ansonsten notwendigen Steuerungspin für eine Sanftanlaufsteuerung, andererseits nicht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine aufwandsarme Anlaufstrombegrenzung durch einen Integra tor mit einem zwischen einem unteren Anfangswert und einem oberen Endwert ansteigenden Integrator-Steuersignal als Be standteil der motoreigenen Regel- bzw. Steuerschaltung er reicht werden, wobei die zweckmäßigerweise getaktete Steuer spannung für eine den Kommutatormotor speisende, aus der Speisespannung versorgte Versorgungseinheit durch das Inte grator-Steuersignal im Sinne der gewünschten Anlaufstrombe grenzung, insbesondere durch Pulsweiten- bzw. Pulsdichtenmo dulation, aus einem konstanten Oszillator-Taktsignal gewonnen wird.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol genden anhand schematischer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 in einem Blockschaltbild einen anwenderseitigen An schluß des Kommutatormotors an seiner Speisespannung;

Fig. 2 in einem Blockschaltbild eine erste motorinnere er findungsgemäße Ausführung einer Regel- bzw. Steuer vorrichtung zur Begrenzung des Motorstroms;

Fig. 3 eine aufgrund des Zusammenwirkens eines konstanten Oszillator-Taktsignals mit einem ansteigenden Inte grator-Steuersignal sich ergebende pulsweitenmodu lierte Steuerspannung zur Ansteuerung einer Versor gungseinheit des Kommutatormotors;

Fig. 4-6 in jeweils einem Blockschaltbild drei weitere, gegen über Fig. 2 vereinfachte, motorinnere Regel- bzw. Steuervorrichtungen zur Begrenzung des Motorstroms.

Gemäß Fig. 1 ist motoraußenseitig zwischen einer Kommutator motor M, z. B. einem Stellmotor in einem Kraftfahrzeug, und dessen Speisespannung U; GND in Form einer Batterie BA eine Sicherung 51 und ein mit einem Schaltbefehl SB ein- bzw. aus schaltbares Relais RE vorgesehen.

Über das Relais RE wird die Speisespannung U; GND gemäß Fig. 2 an eine Regel- bzw. Steuervorrichtung OS; IN; KO; VE als Teil des Kommutatormotors M angelegt und ein Motorstrom I_M im Sin ne eines Sanftanlaufs mit Anlaufstrombegrenzung über Bürsten B1; B2 an dessen Kommutator K weitergegeben, über den die Ro torwicklung des vorzugsweise statorseitig permanenterregten Kommutatormotors M bestrombar ist.

Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung gemäß Fig. 2 enthält als we sentliche Bauteile einen ein konstantes Oszillator-Taktsignal 51 erzeugenden Oszillator OS, einen ein nach dem Anlegen der Speisespannung U; GND an den Kommutatormotor M ansteigendes Integrator-Steuersignal S2 erzeugenden Integrator IN sowie einen beide Steuersignale vergleichenden Komparator KO, der art daß von diesem - wie aus Fig. 3 ersichtlich - eine hin sichtlich ihrer Einschaltdauer zunehmende pulsweitenmodu lierte Steuerspannung u_st an eine Versorgungseinheit VE im Sinne eines ansteigenden Anlaufstromes IM abgegeben wird; am Ausgang des Komparators KO findet dabei jeweils ein Flanken wechsel (Low/High) der Steuerspannung u_st statt, wenn Span nungsgleichheit vorliegt zwischen dem konstanten Oszillator- Taktsignal S1 und der zunächst von einem Anfangswert unter halb des Maximalwertes des Oszillator-Taktsignals S1 begin nenden und nach dem Anlauf diesen Maximalwert übersteigenden Integrator-Steuersignal S2.

Sowohl der zeitliche Verlauf des Oszillator-Taktsignals S1 als auch der des Integrator-Steuersignals S2 können, z. B. in Anpassung an Motordaten bzw. an Benutzerdaten, einstellbar sein. Sämtliche Bausteine der Regel- bzw. Steuervorrichtung sind lediglich aus der Speisespannung U; GND versorgbar und benötigen keine gesonderten, nach außerhalb des Kommutatormo tors M verlaufenden Versorgungs- und/oder Regel- bzw. Steuer anschlüsse.

Fig. 4 zeigt eine erste Vereinfachung der motorinneren Regel- bzw. Steuervorrichtung mit einem integrierten PWM-Steller PWM, dessen ausgangsseitige Steuerspannung u_st im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung unmittelbar von dem Integrator-Steuer signal S2 eines - bereits aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bekannten - Integrators IN abgeleitet wird; mit stei gendem Signalpegel des Integrator-Steuersignals S2 wächst die Einschaltpulsdauer des PWM-Stellers PWM für die Steuerspan nung u_st und damit die mittlere Stromstärke I_M.

Fig. 5 zeigt eine weitere Vereinfachung der motorinneren Re gel- bzw. Steuervorrichtung. Ein über die Bürsten B1; B2 und den Kommutator K mit der Rotorwicklung in Reihe liegender Vorwiderstand R ist über einen MOSFET T als Schalttransistor überbrückbar, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit vom - wie gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 4 ersichtlich - ansteigenden Inte grator-Signalverlauf S2 steht.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung variable Taktung der Steuerspan nung u_st für die Versorgungseinheit VE durch einen Microcon troller MC mit entsprechender abgespeicherter und bei Anlegen der Speisespannung U, GND aktivierter programmierter Kennlinie erfolgt.

Die erfindungsgemäße motoreigene Steuer- bzw. Regelvorrich tung muß nicht unbedingt innerhalb des Motorgehäuses des Kom mutatormotors, in diesem Fall vorzugsweise als integraler Be standteil von dessen Bürstentragplatte, angeordnet sein, son dern kann im Rahmen vorliegender Erfindung als Motorbestand teil auch vorgesehen sein außerhalb dessen Motorgehäuses, in diesem Fall vorzugsweise als integraler Bestandteil einer mo toreigenen äußeren Anschlußleitung bzw. einer motoreigenen Einschalteinheit wie dem eingangs erwähnten, in Fig. 1 darge stellten Relais RE; in weiterer Ausgestaltung kann die Regel- bzw. Steuervorrichtung von dem, z. B. am Motorgehäuse gehalte nen, Gehäuse des Relais RE aufgenommen werden und/oder dessen Ein-Ausschaltfunktion mitübernehmen.

Claims

1. Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung

- mit einer motoreigenen, insbesondere motorinneren, je weils lediglich durch externen Anschluß des Kommutatormo tors (M) an seine Speisespannung (U; GND) selbsttätig ak tivierbaren Regel- bzw. Steuervorrichtung (OS; IN; KO; VE) zur Begrenzung des Motorstroms (I_M) beim Motoranlauf.

2. Kommutatormotor nach Anspruch 1,

- mit einem im Sinne der Anlaufstrombegrenzung zwischen ei nem unteren Anfangswert und einem oberen Endwert anstei genden Integrator-Steuersignal (S2).

3. Kommutatormotor nach Anspruch 1 und/oder 2,

- mit einer Anlaufstrombegrenzung durch entsprechende Aus steuerung, insbesondere Taktung, einer Versorgungseinheit (VE) für den Kommutatormotor (M).

4. Kommutatormotor nach Anspruch 3,

- mit einer Vollaussteuerung der Versorgungseinheit (VE) nach Beendigung des Anlaufs des Kommutatormotors (M).

5. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-4,

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegren zung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungs einheit (VE) durch Zusammenwirken eines Oszillators (OS) mit konstantem Oszillator-Taktsignal (S1) und einem In tegrator (IN) mit dem im Sinne der Anlaufstrombegrenzung zwischen einem unteren Anfangswert und einem oberen End wert ansteigenden Integrator-Steuersignal (S2).

6. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-4,

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegren zung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungs einheit (VE) durch Zusammenwirken zwischen einem PWM- Steller (PWM) mit veränderbarem Tastverhältnis und einem Integrator (TN) mit einem zwischen einem unteren Anfangs wert und einem oberen Endwert ansteigenden Integrator- Steuersignal (S2).

7. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-4,

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegren zung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungs einheit (VE) mit einem durch einen Motor-Vorwiderstand (R1) überbrückbaren widerstandsveränderlichen Schalttran sistor, insbesondere Mosfet (MF), durch Steuerabhängig keit des Schalttransistors von dem Integrator-Steuersig nal (S2).

8. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-4,

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegren zung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungs einheit (VE) durch deren Steuerabhängigkeit von einem Microcontroller (MC) mit im Sinne von dem Steuersignal (S2) veränderlichen Tastverhältnis.

9. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 5-8,

- mit einer Abhängigkeit der Steuerspannung (u_st) für die Versorungseinheit (VE) von dem Motorstrom (I_M) und/oder dem Drehmoment und/oder der Drehzahl und/oder der Tempe ratur und/oder der Speisespannung (U; GND) des Kommutator motors (M).

10. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-9,

- mit einem zweipoligen Anschluß des Kommutatormotors (M) an seine Speisespannung (U; GND) bzw. einer Aktivierung der Regel- bzw. Steuervorrichtung zur Begrenzung des Motorstroms (I_M) über ein Relais (RE) oder dergleichen.