DE4426309C2

DE4426309C2 - Mehrpolpaariger Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE4426309C2
Application number: DE4426309A
Authority: DE
Inventors: Robert Kern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: WO1996003798A1; AU2667895A; DE4426309A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem mehrpolpaarigen Gleichstrommotor, der in zumindest zwei Arbeitspunkten betreibbar ist, mit einer Umschaltvorrichtung zur Aktivierung der gewünschten Polpaare.

Es ist allgemein bekannt, dass verschiedene Möglichkeiten zur Drehzahlregelung, Drehzahlsteuerung und Drehzahlerfassung bestehen. So ist beispielsweise die Drehzahlsteuerung mit Erfassung der Versorgungsspannung und/oder des Laststroms bekannt. So ist es auch bei der Drehzahlregelung mit Drehzahlerfassung über Sensoren, wie z. B. Hallsensoren, Lichtschranken, Tachometerwicklung oder ähnlichem. Bekannt ist es auch, die Drehzahlregelung durch Takten durchzuführen, wobei die Drehzahlerfassung in der ausgeschalteten Phase der Schalter erfolgt.

Aus der DE 37 19 772 A1 ist ein mehrpolpaariger Gleichstrommotor bekannt, für dessen Antrieb mehrere Gleichstromsteller vorgesehen sind. Die Aktivierung der gewünschten Polpaare erfolgt durch einen Betriebsschalter.

Aus der DE 35 01 727 A1 geht eine Drehzahlregelung für einen mehrpolpaarigen Gleichstrommotor hervor, bei der die drehzahlproportionale Größe der Ankerspannung des Motors verwendet wird. Die an den Anschlüssen des Ankers abgegriffene Spannung hängt unmittelbar von der Vorspannungsspannung und der Last ab. Der Nachteil ist, dass die Versorgungsspannung starken Schwankungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen durch Zu- und Abschalten unterschiedlicher Verbraucher, unterworfen ist. Die Auswertung der Ankerspannung für eine Drehzahlregelung erfordert zudem einen relativ hohen Schaltungsaufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mehrpolpaarigen Gleichstrommotor der eingangs genannter Art anzugeben, bei dem die Drehzahlregelung, Drehzahleinstellung und Drehzahlerfassung mit möglichst geringem Schaltungsaufwand durchgeführt ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäß gestaltete mehrpolpaarige Gleichstrommotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil der einfachen Gestaltung der Drehzahlregelung, Drehzahleinstellung und Drehzahlerfassung. Dazu ist erfindungsgemäß den Polpaaren eine elektronische Schaltung vorgeschaltet, welche die einzelnen Polpaare in Abhängigkeit von der angeforderten Last und in Abhängigkeit von der an nicht Strom führenden Bürsten abgenommenen Spannung, welche der Drehzahl des Motors proportional ist, zu- oder abschaltet.

Die einfache Nutzung der sich an nicht Strom führenden Bürsten einstellenden Spannung als Drehzalistwert, ermöglicht eine Drehzahlregelung, die ohne Sensoren arbeitet. Die Drehzahlerfassung ist kontinuierlich, so dass kein Abtast-Halteglied notwendig ist. Dies vereinfacht die Schaltung und damit den notwendigen Aufwand.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen drehzahlgeregelten mehrpolpaarigen Gleichstrommotors möglich.

In vorteilhafter Weise enthält gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung die elektronische Schaltung eine Logik zur Verarbeitung der Eingangssignale und Schalter zur Zu- und Abschaltung der Polpaare.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die sich zwischen Bürsten einstellende und an der nicht Strom führenden Bürste abnehmbare drehzahlproportionale Spannung über einen Messwertverstärker der Logik verstärkt zugeführt wird.

Wird der erfindungsgemäß gestaltete Gleichstrommotor in zwei Arbeitspunkten betrieben, dann sieht eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, dass bei dem ersten Arbeitspunkt der Motor im Leistungsoptimum betrieben wird, wobei sich die Drehzahl aus der Last ergibt, und bei dem zweiten Arbeitspunkt der Motor unter wesentlich schwächerer Last eine voreinstellbare Drehzahl einnehmen soll, wobei Schalter in den Zuleitungen zu den Bürsten vorgesehen sind, die von der Logik der Elektronikschaltung geschlossen oder geöffnet werden, in Abhängigkeit von Steuersignalen betreffend den gewünschten Arbeitspunkt und der drehzahlproportionalen Spannung zwischen der nicht Strom führenden Bürste und einer benachbarten, Strom führenden Bürste.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Logik aus zugeführtem Drehzahlsollwert und der als Drehzalistwert wirkender, abgenommener Spannung, eine Regelabweichung generiert, mit welcher das Tastverhältnis gesteuert wird, mit dem ein oder mehrere Polpaare mittels der Schalter taktend zu- oder abgeschaltet werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß gestalteten zweipolpaarigen Gleichstrommotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 dargestellten schematischen Blockschaltbildes eines vierpoligen Gleichstrommotors, bei dem die Polpaarzahl also zwei ist, nachfolgend dargestellt. Der Motor 1 weist vier Bürsten 11, 12, 13 und 14 auf, von denen die Bürsten 11 und 13 mit einem Pol einer Batterie 5, welche die Versorgungsspannung für den Motor 1 liefert, verbunden sind. Zur Verbindung der beiden anderen Bürsten 12 und 14 mit dem anderen Pol der Batterie 5 ist diesen Teilen der beiden Polpaare eine elektronische Schaltung 6 vorgeschaltet.

Die elektronische Schaltung 6 enthält eine Logikschaltung oder kurz Logik 7 genannt, einen Meßwertverstärker 3 und zwei Schalter 21 und 22. Mittels des Schalters 21 ist die Bürste 14 über eine Leitung 4 und mittels des Schalters 22 ist die Bürste 12 mit dem anderen Pol der Batterie 5 verbindbar. Die beiden Schalter 21 und 22 erhalten ihre Schaltbefehle von der Logik 7 der elektronischen Schaltung 6. Somit bestimmt die elektronische Schaltung 6 das Zu- und Abschalten der einzelnen Polpaare des Motors 1.

Der in Fig. 1 dargestellte vierpolige Motor 1 soll in zwei Arbeitspunkten 10 und 20 betrieben werden. Im ersten Arbeitspunkt 20 wird der Motor im Leistungsoptimum betrieben. Die Drehzahl n ergibt sich dabei zum einen aus der Last, die der Motor 1 antreiben muß, und zum anderen aus der Versorgungsspannung der Batterie 5. Bei dieser Betriebsweise ist der Motor 1 dauerbestromt. Die beiden Schalter 21 und 22 sind demnach geschlossen. Allgemein gilt für einen solchen Arbeitspunkt, daß alle Polpaare des Motors zugeschaltet sind. Im zweiten Arbeitspunkt 10, man kann ihn auch den unteren Arbeitspunkt nennen, ist die dem Motor 1 abverlangte Leistung wesentlich kleiner als im Arbeitspunkt 20. Bei dieser Betriebsweise ist der Schalter 21 dauernd geöffnet, das heißt, daß demnach das zugehörige Polpaar, zu dem die Bürste 14 gehört, nicht Strom führend ist. Zwischen den Bürsten 13 und 14 bzw. 11 und 14 stellt sich eine Spannung Un ein, die der Drehzahl n proportional ist.

Die an der nicht Strom führenden Bürste 14 abnehmbare drehzahlproportionale Spannung Un wird mittels eines Meßwertverstärkers 3 verstärkt und als Eingangsgröße 8, Drehzahlistwert Un, der Logik 7 zugeführt. Andere Eingangsgrößen der Logik 7 sind die Angaben, in welchem Arbeitspunkt der Motor betrieben werden soll. Diese Anwahl des Arbeitspunktes erfolgt über den mit 10/20 bezeichneten Eingang der Logik 7 der elektronischen Schaltung 6.

Soll im zweiten, d. h. dem unteren, Arbeitspunkt 10 eine konstante voreinstellbare Drehzahl n_soll gefahren werden, dann wird in der Logik 7 aus diesem Drehzahlsollwert n_soll und dem Drehzahlistwert Un eine Regelabweichung generiert, die das Tastverhältnis korrigiert und mit deren Hilfe der Schalter 22 getaktet wird. Die Eingabe des Drehzahlsollwertes n_soll ist in Fig. 1 nicht extra dargestellt.

Generell ist es möglich, bei Vorhandensein von Motoren mit mehr als zwei Polpaaren, die einzelnen Polpaare entsprechend der abverlangten Leistung, in Abhängigkeit des gewünschten Arbeitspunktes und der sich an einer oder mehreren, nicht Strom führenden Bürsten abnehmbaren, der Drehzahl proportionalen Spannung, mittels der vorgeschalteten und entsprechend dimensionierten elektronischen Schaltung 6, einzeln oder mehrfach zu- oder abzuschalten.

Mit Hilfe der Erfindung ist es somit auf sehr einfache Weise möglich, eine Drehzahlregelung, insbesondere im unteren Leistungsbereich, eines Gleichstrommotors ohne Sensoren zu realisieren. Dabei arbeitet die Drehzahlerfassung kontinuierlich und bedarf somit keines Abtast-Haltegliedes.

Claims

1. Mehrpolpaariger Gleichstrommotor, der in zumindest zwei Arbeitspunkten (10, 20) betreibbar ist, mit einer Umschaltvorrichtung zur Aktivierung der gewünschten Polpaare, dadurch gekennzeichnet, dass den Polpaaren des Motors (1) eine elektronische Schaltung (6) vorgeschaltet ist, und dass mittels der elektronischen Schaltung (6) die einzelnen Polpaare in Abhängigkeit von der angeforderten Last und in Abhängigkeit von der an nicht Strom führenden Bürsten (11-14) abgenommenen Spannung, welche der Drehzahl (n) des Motors proportional ist, zu- oder abgeschaltet werden.

2. Mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (6) eine Logik (7) zur Verarbeitung der Eingangssignale (8, 10, 20) und Schalter (21, 22) zur Zu- oder Abschaltung der Polpaare enthält.

3. Mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zwischen Bürsten (11 und 14 bzw. 13 und 14) einstellende und an der nicht Strom führenden Bürste (14) abnehmbare, drehzahlproportionale Spannung (Un) über einen Messwertverstärker (3) verstärkt der Logik (7) als Eingangsgröße (8) zugeführt wird.

4. Mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Arbeitspunkt (20) der Motor (1) im Leistungsoptimum oder bei hoher Last, betrieben wird, wobei sich die einstellende Drehzahl (n) aus der abverlangten Last ergibt, und bei dem zweiten Arbeitspunkt (10) der Motor (1) unter wesentlich schwächerer Last eine voreinstellbare Drehzahl (n_soll) annehmen soll, wobei Schalter (21, 22) in den Zuleitungen (2, 4) zu den Bürsten (11-14) der Polpaare vorgesehen sind, die von der Logik (7) der elektronischen Schaltung (6) geschlossen oder geöffnet werden, in Abhängigkeit von Steuersignalen betreffend den gewünschten Arbeitspunkt (10, 20) und in Abhängigkeit von der drehzahlproportionalen Spannung zwischen der nicht Strom führenden Bürste (14) und einer benachbarten Strom führenden Bürste (11 oder 13).

5. Mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Logik (7) aus zugeführtem Drehzahlsollwert und aus als Drehzahlistwert wirkender, an einer nicht Strom führenden Bürste (14) abgenommener Spannung (Un) eine Regelabweichung generiert, mit welcher das Tastverhältnis gesteuert wird, mit dem ein oder mehrere Polpaare mittels der Schalter (21, 22) zu- oder abgeschaltet werden.