DE29600696U1

DE29600696U1 - Entstörschaltung für einen Gleichstrommotor

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Publication number: DE29600696U1
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Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2006-01-17

Description

Entstörschaltung für einen Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft eine Entstörschaltung für einen Gleichstrommotor und insbesondere eine Funkentstörschaltung für einen Luftkompressor eines Kraftfahrzeugs (z.B. Turbolader oder Drucklufterzeuger einer Bremsanlage eines Lkw), nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Entstörschaltungen dienen zur Unterdrückung der Emission von StorStrahlungen.

Aufgrund einer Vielzahl von Gründen erzeugen Elektronik und elektronische Bauelemente während ihres Betriebs elektromagnetische Störstrahlungen und Störrauschen (nachfolgend insgesamt mit Störstrahlung bezeichnet). Es gibt zwei Arten dieser Störstrahlung: Übertragene und abgestrahlte Störstrahlung. Diese Störstrahlungen beeinflussen und beeinträchtigen die Signalübertragung oder den Betrieb der Bauelemente.

Es wurden eine Vielzahl internationaler Organisationen gegründet . Darunter befindet sich auch TC77 von der Internationalen elektrotechnischen Kommission (IEC), die für den Bereich Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), den Internationalen Sonderausschuß für Funkstörungen (CISPR) usw. verantwortlich ist. Diese Organisationen stellen Normen für Testverfahren von elektromagnetischer Störstrahlung und Interferenzen auf.

Weiterhin erging im EG-Binnenmarkt eine Richtlinie die bestimmt, daß ab dem 1. Januar 1996 alle in die EG eingeführten Produkte den Europäischen Spezifikationen entsprechen müssen.

Daher ist die Forschung und Entwicklung von Techniken gegen Funkstörungen ein wesentlicher Teil der Elektro- und Elektronikindustrie.

In einem Gleichstromelektromotor ist der Stator ein Permanent-

magnet. Der Rotor umfaßt wenigstens zwei Spulen, sowie elektrische Bürsten, die mit einer Gleichstromversorgung verbunden sind. Die elektrischen Bürsten erzeugen beim Betrieb des Elektromotors Funken. Daher wird während des Betriebs des Motors eine gepulste, breitbandige Störstrahlung erzeugt.

Figur 5 zeigt einen bekannten Aufbau eines Störschutzfilters zur Eliminierung gepulster Störstrahlungen eines Gleichstrommotors. Parallel zum Plus- und Minuspol des Gleichstrommotors ist ein Filter und ein nichtlinearer Zinkoxidwiderstand (ZNR) geschaltet. Das Filter verhindert, daß Störstrahlung zum Gleichstrommotor zurückläuft. Der ZNR (beispielsweise von der Fa. Matsushita, Japan) kann seine Richtung wie eine Zenerdiode ändern, um Spannungsstöße zu unterdrücken.

Wenn die elektrische Bürste des Gleichstrommotors Funken erzeugt und Störstrahlung abgibt, absorbiert das Filter die Störstrahlung und der Widerstand unterdrückt Spannungsstöße. Diese Entstörschaltung kann jedoch nur Spannungsstöße unterdrücken, die höher als die Durchbruchspannung des Widerstands sind. Spannungsspitzen bzw. Wanderwellen unter der Durchbruchspannung des Widerstands werden nicht erfaßt und daher nicht eliminiert.

Der Gleichstrommotor erzeugt im Betrieb weiterhin durch nachstehend näher erläuterte Funkenbildung starke Strahlungsemissionen. Die Bürsten sind auf einer Seite mit der Stromversorgung verbunden und kontaktieren auf der anderen Seite die Spulen des Rotors. Beim Erregen der Spule wird der Roter mittels magnetischer Felder zur Rotation angetrieben, wobei die Spulen gespeicherte elektrische Energie enthalten. Die Spulen sind während einer halben Umdrehung des Rotors in einer Polung mit der Gleichstromquelle verbunden. Bei weiterer Drehung des Rotors werden die Spulenenden umgepolt, so daß aufgrund der, bezüglich der Gleichstromquelle umgekehrt gepolten Restspan-

nung durch die gespeicherte Energie in den Spulen ein Rückstrom fließt. An den Kontaktstellen, den Bürsten, werden durch diese Spannungsstöße Funken erzeugt. Bei starker Erzeugung von Funken erhöht sich die Emission von Strahlung.

Einige Hersteller von Gleichstrommotoren verwenden Bleiplatten zur Abschirmung von Strahlungsemissionen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß Störstrahlung aus dem Gleichstrommotor über die elektrischen Drähte austritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine einfache und effektive Entstörschaltung zur Verfügung zu stellen, die gleichzeitig übertragene und abgestrahlte Störstrahlung wirksam unterdrückt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Entstörschaltung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Verbesserungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.

Durch die Anordnung von Tiefpaß-Schaltungen werden in einfacher Weise StörStrahlungen dadurch unterdrückt, daß die in den Spulen des Rotors des Gleichstrommotors anfallende bzw. akkumulierte Energie über die wenigstens zwei Tiefpaß-Schaltungen abgeleitet wird. Diese Anordnung ist gegebenenfalls auch an vorhandene Gleichstrommotoren einfach, schnell und kostengünstig nachträglich anbringbar.

In besonders vorteilhafter Weise umfaßt die Ableitungsvorrichtung eine Diode, deren Kathode mit dem Pluspol und deren Anode mit dem Minuspol des Gleichstrommotors verbunden ist, so daß in einfacher und zuverlässiger Weise eine Restspannung in den Spulen des Rotors des Gleichtrommotors kurzgeschlossen und abgeleitet wird.

Durch die Ausführung der Tiefpaß-Schaltungen mit in Serie geschalteten Kondensatoren und Widerständen wird in vorteilhafter Weise eine leistungsfähige und an äußere Umstände leicht anpaßbare Schaltung geschaffen.

In besonders bevorzugter Weise haben die Widerstände einen Widerstand von etwa 50(, die Kondensatoren eine Kapazität von etwa 0,IpF, und der Filterkondensator eine Kapazität von etwa 0,IpF, so daß eine optimale Unterdrückung von Störstrahlung erzielt wird. Die Unterdrückung entspricht hier insbesondere in besonders vorteilhafter Weise dem CISPR12-Standart.

Weiter Merkmale, Vorteile und Zielsetzungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Entstörschaltung ;

Fig. 2 ein Frequenz/Pegel-Diagramm von der emittierten Strahlung von einem Gehäuse eines Kraftfahrzeugluftkompressors (z.B. Turbolader oder Drucklufterzeuger einer Bremsanlage eines LKW) ohne Störschutzfilter;

Fig. 3 eine Meßergebnistabelle eines Strahlungsemissionstests der an einem Kfz-Luftkompressor mit erfindungsgemäßer Entstörschaltung durchgeführt wurde;

Fig. 4 ein Frequenz/Pegel-Diagramm von der emittierten Strahlung von einem Gehäuse eines Kraftfahrzeugluftkompressors (z.B. Turbolader oder Drucklufterzeuger einer Bremsanlage eines LKW) mit erfindungsgemäßer Entstörschaltung; und

Fig. 5 einen Schaltplan eines bekannten Störschutzfilters

für einen Gleichstrommotor.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entstörschaltung beschrieben, ohne daß damit eine Einschränkung auf dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel beabsichtigt ist.

Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Entstörschaltung. Der Pluspol 20 und der Minuspol 21 des Gleichstrommotors 2 sind parallel mit der Spannungsquelle 4 über eine Stromführungs- bzw. Gleichrichtervorrichtung 3 und einen Filterkondensator C3 verbunden .

Der Filterkondensator C3 eliminiert Störspannungen der Spannungsquelle 4. Die Gleichrichtervorrichtung 3 dient zum Abführen von im Betrieb in den Spulen des Rotors anfallender Energie.

Die Gleichrichtervorrichtung 3 umfaßt eine Diode Dl, deren Kathode mit dem Pluspol 20 und deren Anode mit dem Minuspol 21 des Gleichstrommotors 2 verbunden ist.

Beim Abführen von in den Spulen des Rotors anfallender Energie ist die Anode der Spulen mit dem Minuspol 21 und die Kathode der Spulen mit dem Pluspol 20 des Gleichstrommotors 2 verbunden, so daß die vorstehend beschriebene Anordnung der Diode Dl effektiv die in den Spulen anfallende Energie abführt und Spannungsstoße eliminiert.

Weiterhin sind zwei Tiefpaßschaltungen 5 und 5' in Serie jeweils zwischen die Pole 20 und 21 des Gleichstrommotors 2 und Masse geschaltet. Die Tiefpaß-Schaltung 5 oder 5' sind Hochfrequenzbegrenzer, d.h. sie leiten hochfrequente Störstrahlung des Gleichstrommotors 2 auf Masse. Der Tiefpaß-Schaltung 5

umfaßt einen Kondensator Cl und einen Widerstand Rl. Der Tiefpaß-Schaltung 5' umfaßt einen Kondensator C2 und einen Widerstand R2.

Die Widerstände Rl und R2 haben vorzugsweise einen Widerstand von 50 ( . Die Kondensatoren Cl, C2 und C3 haben vorzugsweise eine Kapazität von 0,IpF. Die Dioden sind vorzugsweise vom Typ #4007.

Figur 2 zeigt ein Frequenz/Pegel-Diagramm von der emittierten Strahlung von einem Gehäuse eines Kraftfahrzeugluftkompressors (z.B. Turbolader oder Drucklufterzeuger einer Bremsanlage eines LKW) ohne Störschutzfilter. Auf der horizontalen Achse ist der Pegel (die Strahlungsintensität) aufgetragen. Die durchgezogene Linie 9 entspricht dem CISPR12-Standart. Der Strahlungspegel überschreitet im Bereich unter 300Mhz die Standart-Linie 9. Daher ist diese Anordnung nicht akzeptabel.

Figuren 3 und 4 zeigen Datenblätter von einem Strahlungsemissionstest gemäß dem CISPR12-Standart an einem Kf&zgr;-Luftkompressor mit erfindungsgemäßer Entstörschaltung. In diesem Testverfahren beträgt die Antennenhöhe 3m und der Abstand 10m. Wie sich aus den Daten ergibt, bleibt der Pegel im Frequenzbereich von 30Mhz bis 230Mhz unter 30,0dBpV/m und im Frequenzbereich von 230Mhz bis lOOOMhz unter 37,0dBpV/m. Somit erfüllt das Testergebnis die CISPR Klasse B Anforderungen. Wie aus Figur 4 ersichtlich, bleibt der Strahlungspegel in dem betrachteten Frequenzbereich immer unter der Linie 9 des CISPR12-Standarts.

Gemäß der Darstellung in Figur 1 betrifft die vorliegende Erfindung die Ableitung von Störemissionen auf Masse bzw. Massepotential (Erde/Erdpotential), statt nach der herkömmlichen Methode mittels Bleiplatten oder ähnlichen Abschirmungen die Strahlungsemissionen am Verlassen eines Gehäuses, beispielsweise eines Luftkompressor-Gehäuses, zu hindern.

Bezugszeichenliste

Cl Kondensator

C2 Kondensator

C3 Filterkondensator

Dl Diode

Rl Widerstand

R2 Widerstand

2 Gleichstrommotor

3 Ableitungsvorrichtung

4 Spannungsquelle

5 Tiefpaß-Schaltung) 5' Tiefpaß-Schaltung)

9 Linie des CISPR12-Standarts

20 Pluspol des Gleichstrommotors

21 Minuspol des Gleichstrommotors

Claims

Schutzansprüche

1. Entstörschaltung für einen Gleichstrommotor (2), dessen Pluspol (20) und Minuspol (21) parallel über einen Filterkondensator (C3) an eine Spannungsquelle (4) angeschlossen sind, wobei zum Abführen von in den Spulen des Rotors des Gleichstrommotors (2) anfallender Energie eine Stromführungs- bzw. Gleichrichtervorrichtung (3) parallel am Plus- und Minuspol (20, 21) des Gleichstrommotors (2) angeschlossen ist und wobei zur Verhinderung des Austritts von Störstrahlung zwei Tiefpaß-Schaltungen (5, 5') in Serie jeweils zwischen dem Plus- und dem Minuspol (20, 21) des Gleichstrommotors (2) und Masse geschaltet sind.

2. Entstörschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromführungs- bzw. Gleichrichtervorrichtung (3) eine Diode (Dl) aufweist, deren Kathode mit dem Pluspol (20) und deren Anode mit dem Minuspol (21) des Gleichstrommotors (2) verbunden ist.

3. Entstörschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tiefpaß-Schaltung (5, 5') einen Kondensator (Cl oder C2) und einen Widerstand (Rl oder R2) aufweist, der in Serie geschaltet sind.