DE29919386U1

DE29919386U1 - Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung

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Publication number: DE29919386U1
Application number: DE29919386U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2009-11-05

Description

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Beschreibung

Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung .

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 Motoranlauf nach einem Einschalten des Kommutatormotors. Insbesondere elektrische Stell- bzw. Hilfsantriebe in Kraftfahrzeugen, wie z.B. für Fahrstabilitätsregelungen, Traktionskontrollen, elektrische Schalt- und Bremsgetriebe sowie elektrohydraulisch^ Kupplungssysteme sind häufigen Einschaltungen mit entsprechend hohen Stromdichten unterworfen.

Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll bei einem über Bürsten 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; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße motorzugeordnete Regel- bzw. Steuervorrichtung erlaubt einen anwenderseitigen Anschluß des Kommutatormotors in bisher üblicher Weise an lediglich eine zweiphasige Speisespannung, wobei beim Anschalten des erfindungs-5 gemäßen Kommutatormotors selbsttätig ohne gesonderte anwendersei tige Regel- bzw. Steuersoftware eine im Sinne großer Betriebsstandzeiten vorteilhafte Anlaufstrombegrenzung akti-

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viert ist. Die erfindungsgemäße Anlaufstrombegrenzung beeinflußt die Modifikation der elektrischen Schnittstelle zwischen dem Kommutatormotor bzw. seiner Zuleitung oder Zuschaltung einerseits und dessen äußerer Spannungsversorgung andererseits, z.B. durch einen ansonsten notwendigen Steuerungspin einer gesonderten anwenderseitigen Regel- bzw. Steuersoftware für eine Sanftanlaufsteuerung, nicht; mit dem Anlegen einer Speisespannung wird jeweils selbsttätig eine motorseitig installierte Anlaufstrombegrenzung in Gang gesetzt.

Im Rahmen besonders vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung ist die Regel- bzw. Steuervorrichtung in den Kommutatormotor selbst bzw. in seine Motorzuleitung bzw. in das Gehäuse eines Relais integriert, mit dem der Kommutatormotor an die, in der Regel zweipolige, Speisespannung anschließbar ist.

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

FIG 1 in einem Blockschaltbild einen anwenderseitigen Anschluß eines Kommutatormotors an seine Speisespannung ;

FIG 2 in einem Blockschaltbild eine erste motorinnere erfindungsgemäße Ausführung einer Regel- bzw. Steuervorrichtung zur Begrenzung des Motorstroms;

FIG 3 eine aufgrund des Zusammenwirkens eines konstanten Oszillator-Taktsignals mit einem ansteigenden Inte-0 grator-Steuersignal sich ergebende pulsweitenmodulierte Steuerspannung zur Ansteuerung einer Versorgungseinheit des Kommutatormotors;

FIG 4-6 in jweils einem Blockschaltbild drei weitere, gegenüber FIG 2 vereinfachte, motorinnere Regel- bzw. 5 Steuervorrichtungen zur Begrenzung des Motorstroms;

FIG 7 anhand der Regel- bzw. Steuervorrichtung gemäß FIG deren Integration in die Motorzuleitung;

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FIG 8 anhand der Regel- bzw. Steuervorrichtung gemäß FIG 4 deren Integration in das Relais-Gehäuse eines den Kommutatormotor an seine Speisespannung angeschaltenen Relais;

FIG 9 anhand der Regel- bzw. Steuervorrichtung gemäß FIG 4 deren gleichzeitige Ausbildung als Relais zur Anschaltung der Speisespannung an den Kommutatormotor.

Gemäß FIG 1 ist motoraußenseitig zwischen einem Kommutatormotor M, z.B. einem Stellmotor in einem Kraftfahrzeug, und dessen Speisespannung U;GND in Form einer Batterie BA eine Sicherung SI und ein mit einem Schaltbefehl SB ein- bzw. ausschal tbares Relais RE vorgesehen.

Über das Relais RE wird die Speisespannung U;GND gemäß FIG 2 an eine in das Motorgehäuse MG des Kommutatormotors M integrierte Regel- bzw. Steuervorrichtung OS;IN;KO;VE angelegt und ein Motorstrom I_M im Sinne eines Sanftanlaufs mit Anlaufstrombegrenzung über Bürsten B1;B2 an dessen Kommutator K weitergegeben, über den die Rotorwicklung des vorzugsweise statorseitig permanenterregten Kommutatormotors M bestrombar ist.

Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung gemäß FIG 2 enthält gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung als wesentliche Bauteile einen ein konstantes Oszillator-Taktsignal Sl 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 0 Steuersignale vergleichenden Komparator KO, derart daß von diesem - wie aus FIG 3 ersichtlich - eine hinsichtlich ihrer Einschaltdauer zunehmende pulsweitenmodulierte Steuerspannung u_st an eine Versorgungseinheit VE im Sinne eines ansteigenden Anlaufstromes IM abgegeben wird; am Ausgang des Komparators 5 KO findet dabei jeweils ein Flankenwechsel (Low/High) der Steuerspannung u_st statt, wenn Spannungsgleichheit vorliegt zwischen dem konstanten Oszillator-Taktsignal Sl und der

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zunächst von einem Anfangswert unterhalb des Maximalwertes des Oszillator-Taktsignals Sl beginnenden und nach dem Anlauf diesen Maximalwert übersteigenden Integrator-Steuersignal S2.

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

FIG 4 zeigt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung 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-Steuersignal S2 eines - bereits aus dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 bekannten Integrators IN abgeleitet wird; mit steigendem Signalpegel des Integrator-Steuersignals S2 wächst die Einschaltpulsdauer des PWM-Stellers PWM für die Steuerspannung u_st und damit die mittlere Stromstärke I_M-

5 FIG 5 zeigt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine weitere Vereinfachung der motorinneren Regel- bzw. Steuervorrichtung. Ein über die Bürsten Bl;B2 und den Kommutator K mit der Rotorwicklung in Reihe liegender Vorwiderstand R ist über einen MOSFET T als Schalttransistor überbrückbar, dessen Wi-0 derstandswert in Abhängigkeit vom - wie gemäß FIG 2 bzw. FIG 4 ersichtlich - ansteigenden Integrator-Signalverlauf S2 steht.

FIG 6 zeigt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung variable Taktung der Steuerspannung u_st für die Versorgungseinheit VE durch einen Microcontroller MC mit ent-

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sprechender abgespeicherter und bei Anlegen der Speisespannung U,GND aktivierter programmierter Kennlinie erfolgt.

Die erfindungsgemäße motoreigene Steuer- bzw. Regelvorrichtung muß nicht unbedingt innerhalb des Motorgehäuses des Kommutatormotors, in diesem Fall vorzugsweise als integraler Bestandteil von dessen Bürstentragplatte, angeordnet sein, sondern kann bei Zuordnung zum jeweiligen Kommutatormotor auch vorgesehen sein außerhalb dessen Motorgehäuses, vorzugsweise als integraler Bestandteil einer Motorzuleitung bzw. einer motorzugeordneten Einschalteinheit wie dem eingangs erwähnten, in FIG 1 dargestellten Relais RE; dabei kann die Regelbzw. Steuervorrichtung von dem, z.B. am Motorgehäuse bzw. in dessen Motorzuleitung ML oder im Kraftfahrzeug selbst gehaltenen Relais RE, insbesondere innerhalb dessen Relaisgehäuse RE-G, aufgenommen werden und gegebenenfalls selbst die Ein-Ausschaltfunktion des Relais RE mitübernehmen.

FIG 7 bis 9 zeigen im Sinne der letztgenannten Ausgestaltungen - jeweils anhand des Schaltungsaufbaus für die Regelbzw. Steuervorrichtung gemäß FIG 4 - die Integration der Regel- bzw. Steuervorrichtung in die Motorzuleitung ML des davon, z.B. über Steckkontakte S angeschlossenen Kommutatormotors M (FIG 7) oder in das Relaisgehäuse RE-G des zum Anschluß der Speisespannung U;GND an den Kommutatormotor M vorgesehenen Relais RE; in weiterer schaltungstechnischer Vereinfachung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, auf ein gesondertes Relais zu verzichten und dessen Funktion in die Regel- bzw. Steuervorrichtung zu integrieren, 0 die dann aufgrund des Schaltbefehls SB selbst die Speisespannung U;GND dem Kommutatormotor M zuschaltet oder von diesem abschaltet.

Claims

1. Kommutatormotor mit Anlaufstrombegrenzung

- mit einer jeweils motorzugeordneten, lediglich durch externen Anschluß des Kommutatormotors (M) an seine Speisespannung (U; GND) selbsttätig aktivierbaren Regel- bzw. Steuervorrichtung (OS; IN; KO; VE bzw. IN, PWM, VE bzw. IN, VE bzw. MC, VE) zur Begrenzung des Motorstroms (I_M) beim Motoranlauf.

2. Kommutatormotor nach Anspruch 1

- mit einer in den Kommutatormotor (M), insbesondere in dessen Motorgehäuse (MG), integrierten Regel- bzw. Steuervorrichtung.

3. Kommutatormotor nach Anspruch 1

- mit einer in die Motorzuleitung (ML) zu dem Kommutatormotor (M) integrierten Regel- bzw. Steuervorrichtung.

4. Kommutatormotor nach Anspruch 3

- mit einem Relais (RE) zum externen Anschluß der Speisespannung (U; GND) an den Kommutatormotor (M) als Teil der Motorzuleitung (ML);

- mit einer in das Gehäuse (RE-G) des Relais (RE) integrierten Regel- bzw. Steuervorrichtung.

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

- mit einem Anschluß der Speisespannung (U; GND) an den Kommutatormotor (M) durch die Regel- bzw. Steuervorrichtung.

6. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-5

- mit einem zweipoligen Anschluß des Kommutatormotors (M) an seine Speisespannung (U; GND) bei gleichzeitiger Aktivierung der Regel- bzw. Steuervorrichtung zur Begrenzung des Motorstroms (I_M).

7. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 1-6

- mit einem im Sinne der Anlaufstrombegrenzung zwischen einem unteren Anfangswert und einem oberen Endwert ansteigenden Integrator-Steuersignal (S2).

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

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

9. Kommutatormotor nach Anspruch 8,

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

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

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungseinheit (VE) durch Zusammenwirken eines Oszillators (OS) mit konstantem Oszillator-Taktsignal (S1) und einem Integrator (IN) mit dem im Sinne der Anlaufstrombegrenzung zwischen einem unteren Anfangswert und einem oberen Endwert ansteigenden Integrator-Steuersignal (S2).

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

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungseinheit (VE) durch Zusammenwirken zwischen einem PWM- Steller (PWM) mit veränderbarem Tastverhältnis und einem Integrator (TN) mit einem zwischen einem unteren Anfangswert und einem oberen Endwert ansteigenden Integrator- Steuersignal (S2).

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

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung variablen Steuerspannung (u_st) für die Versorgungseinheit (VE) mit einem durch einen Motor-Vorwiderstand (R1) überbrückbaren widerstandsveränderlichen Schalttransistor, insbesondere Mosfet (MF), durch Steuerabhängigkeit des Schalttransistors von dem Integrator-Steuersignal (S2).

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

- mit einer Bildung einer im Sinne einer Anlaufstrombegrenzung variablen Steuerspannung (ust) für die Versorgungseinheit (VE) durch deren Steuerabhängigkeit von einem Microcontroller (MC) mit im Sinne von dem Steuersignal (S2) veränderlichen Tastverhältnis.

14. Kommutatormotor nach zumindest einem der Ansprüche 10-13

- mit einer Abhängigkeit der Steuerspannung (u_st) für die Versorungseinheit (VE) von dem Motorstrom (IM) und/oder dem Drehmoment und/oder der Drehzahl und/oder der Temperatur und/oder der Speisespannung (U; GND) des Kommutatormotors (M).