WO2006094864A1 - Entstörvorrichtung zur unterdrückung hochfrequenter störemissionen eines gleichstrommotors - Google Patents

Entstörvorrichtung zur unterdrückung hochfrequenter störemissionen eines gleichstrommotors Download PDF

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WO2006094864A1
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Claus Schmiederer
Tobias Kuechen
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/02—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for suppression of electromagnetic interference
    • H02K11/026—Suppressors associated with brushes, brush holders or their supports
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    • H02K11/028—Suppressors associated with the rotor

Definitions

  • the invention relates to a suppression device for the suppression of high-frequency interference emissions of a DC motor according to the preamble of the independent claim.
  • both electrical measures for example using a power amplifier constructed with transistors, as well as mechanical measures are known.
  • the mechanical measures include the use of a commutator in conjunction with conductive brush elements, wherein the commutator has individual Kommutatorlamellen. It is usually provided that the brush elements are arranged stationary relative to the commutator rotating about an axis of rotation in such a way that the brush elements cover the individual commutator segments in a sequential order during the rotation of the commutator. By the contact of the brush element with a commutator, an electrically conductive connection is created through which the operating current of the DC motor flows.
  • the suppression device for the suppression of high-frequency interference emissions of a DC motor, with at least a first
  • Feedthrough capacitor which is arranged in an electrical path of a first connecting line of the direct current, wherein between the first connecting line and at least one further connecting line of the DC motor, at least one further, electrical component is provided, the advantage that in addition to a commutator suppression simultaneously a shutdown voltage pulse Limitation is possible.
  • the at least one further, electrical component is advantageously formed as a varistor, which is installed together with the feedthrough capacitor in a hybrid element.
  • At least one Cx capacitor is connected in parallel to the varistor, which causes a further suppression of the high-frequency interference emissions as a result of the so-called commutation fire arising during the commutation.
  • At least one further feedthrough capacitor is likewise arranged in the electrical path of the at least one further connecting line.
  • At least one terminal of the feedthrough capacitors has an electrical connection to a ground potential. Furthermore, it is advantageous if the at least one feedthrough capacitor and the at least one further electrical component is integrated in a common housing of the hybrid element.
  • Fig. 1 is a block diagram of a first embodiment of the suppression device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a second exemplary embodiment of the interference suppression device according to the invention.
  • FIG. 1 shows the block diagram of a first exemplary embodiment of the interference suppression device 10 according to the invention for suppressing high-frequency interference emissions of a DC motor 12 having a first brush connection 12a and a second brush connection 12b for commutation.
  • the first brush terminal 12a of the DC motor 12 is connected via a first connecting line 14 to the positive potential V + of a power supply not shown in detail and the second brush terminal 12b via a second connecting line 16 to the negative potential V_ of the power supply.
  • switching means such as transistors, relays or the like, for
  • an feedthrough capacitor 18 is arranged in an electrical path of the first connecting line 14. At least one terminal 20 of the feedthrough capacitor 18 is contacted via an electrical connection 22 with a reference or ground potential GND. If it is - as shown in Figure 1 - to a DC motor 12 with only one direction of rotation, it is alternatively possible that the second brush terminal 12b of the DC motor 12 and the terminal 20 of the feedthrough capacitor 18 are jointly connected to the ground potential GND. In this case, the negative potential V_ is identical to the ground potential GND.
  • a further, electronic component 24 for AusschaltHarsimpuls- limitation is provided in the form of a varistor 26.
  • a varistor 26 instead of the varistor 26 but also other electronic components for shutdown voltage pulse limitation, such as Z-diodes or the like, can be used.
  • the feedthrough capacitor 18 and the varistor 20 together form a hybrid element 28 which is integrated in a common housing 30 and whose terminals for connection to the positive potential V + , the negative potential V_, the reference potential GND and the first 12a and the second Brush terminal 12b of the DC motor 12 are led out in a suitable manner.
  • Embodiment of the suppression device 10 according to the invention for the suppression of high frequency noise emissions of the DC motor 12 is shown.
  • the DC motor 12 can now be operated in both directions of rotation. It is therefore provided that the first brush terminal 12a of the DC motor 12 via the first connecting line 14 and the second brush terminal 12b of the DC motor 12 via the second connecting line 16 either for the first direction of rotation with the positive potential V + or the negative potential V_ or for the second direction of rotation with the negative potential V_ and the positive potential V + are connected.
  • the two cases in Figure 2 by the potentials V + / - or V_ / + were marked. Again, a direct or indirect connection of the DC motor 12 to the power supply is possible again.
  • Passage capacitor 18 and in the electrical path of the second connecting line 16 a further pass-through capacitor 32 is arranged. Both passband capacitors 18 and 32 are contacted via designated terminals 20 and 34 by means of a common, electrical connection 22 to the reference or ground potential GND. Since the DC motor 12 is designed for both directions of rotation and therefore can change the polarity of the power supply, it is no longer possible in contrast to Figure 1, a common reference potential for the second brush terminal 12b of the DC motor 12 and the terminals 20 and 34 of the two pass-through capacitors 18 and 32 provide.
  • an electrical component 24 designed as a varistor 26 for switching-off voltage pulse limitation is also provided in this exemplary embodiment in that the first
  • Connecting line 14 and the second connecting line 16 connects to each other.
  • a Cx capacitor 36 is further connected. In this way, a highly impedance-optimized connection of the suppression device 10 is possible, the Cx capacitor 36 is used to meet long, medium or short-wave interference suppression, and the varistor 26 should take into account any load dump requirements.
  • the two feedthrough capacitors 18 and 32 and the varistor 26 and the Cx capacitor 36 form a hybrid element 38, which is integrated in a common housing 30.
  • a particularly simple and cost-effective production results in Connection with a flexible connection to the DC motor 12.
  • the hybrid element 38 connections for connection to the potentials V + / - or V_ / + , the reference potential GND and the first 12a and the second brush terminal 12b of the DC motor 12th in a suitable manner.
  • the embodiment shown is not limited to the figures 1 and 2.
  • the Cx capacitor 36 can also be used in the first exemplary embodiment according to FIG.
  • DC motors are equipped with a plurality of switching stages with a corresponding hybrid element, in which case a feedthrough capacitor is then arranged in the respective electrical paths of the connecting lines for driving the individual stages.
  • a varistor and / or a Cx capacitor can be provided for each switching stage.
  • each connecting capacitor several feedthrough capacitors are combined with each other as well as suitable parallel and / or series circuits of several varistors or Cx capacitors to meet predetermined requirements are used.

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Abstract

-8- Zusammenfassung Vorgeschlagen wird eine Entstörvorrichtung (10) zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors (12), mit mindestens einem ersten Durchführungskondensator (18), der in einem elektrischen Pfad einer ersten Anschlussleitung (14) des Gleichstrommotors (12) angeordnet ist. Die Entstörvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Anschlussleitung (14) und zumindest einer weiteren Anschlussleitung (16) des Gleichstrommotors (12) mindestens ein weiteres, elektrisches Bauelement (24) zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung vorgesehen ist.

Description

Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs .
Zur Kommutierung (Stromwendung) von Gleichstrommotoren sind sowohl elektrische Maßnahmen, beispielsweise unter Verwendung einer mit Transistoren aufgebauten Leistungsendstufe, als auch mechanische Maßnahmen bekannt. Zu den mechanischen Maßnahmen zählt die Verwendung eines Kommutators in Verbindung mit leitenden Bürstenelementen, wobei der Kommutator einzelne Kommutatorlamellen aufweist. Üblicherweise ist es vorgesehen, dass die Bürstenelemente ortsfest derart relativ zum um eine Drehachse rotierenden Kommutator angeordnet sind, dass die Bürstenelemente während der Rotation des Kommutators die einzelnen Kommutatorlamellen in sequenzieller Reihenfolge überstreichen. Durch den Kontakt des Bürstenelements mit einer Kommutatorlamelle wird eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen, durch die der Betriebsstrom des Gleichstrommotors fließt. Beim Übergang eines Bürstenelements von einer auf die nächste Kommutatorlamelle entstehen Gasentladungen, die sehr steile Stromspitzen hervorrufen. Diese Stromspitzen führen wiederum zu hochfrequenten Störemissionen, die sich sowohl in elektrischen Impulsen entlang der stromführenden Elemente des Gleichstrommotors als auch in elektromagnetischer Abstrahlung (Störabstrahlung) manifestieren .
Zur Unterdrückung der Störabstrahlung des Gleichstrommotors ist es bekannt, eine Entstörvorrichtung mit einem Durchführungskondensator vorzusehen, der in einem elektrischen Pfad einer Anschlussleitung des Gleichstrommotors angeordnet ist. Durchführungskondensatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden. Es sei lediglich angemerkt, dass es sich bei Durchführungskondensatoren um Vierpol-Kondensatoren handelt, die für mindestens einen Belag zwei elektromagnetisch weitgehend entkoppelte Zuführungen aufweisen. Der Durchführungskondensator ist dabei so zwischen den Zuführungen angeordnet, dass eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden Zuführungen bewirkt wird.
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Entstörvorrichtung zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors, mit mindestens einem ersten
Durchführungskondensator, der in einem elektrischen Pfad einer ersten Anschlussleitung des Gleichstroms angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Anschlussleitung und zumindest einer weiteren Anschlussleitung des Gleichstrommotors mindestens ein weiteres, elektrisches Bauelement vorgesehen ist, den Vorteil auf, dass neben einer Kommutator-Entstörung gleichzeitig auch eine Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung möglich ist. Dazu ist das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement in vorteilhafter Weise als ein Varistor ausgebildet, der zusammen mit dem Durchführungskondensator in einem Hybrid-Element verbaut ist.
In einer alternativen Ausgestaltung ist dem Varistor zumindest ein Cx-Kondensator parallel geschaltet, der eine weitere Unterdrückung der hochfrequenten Störemissionen infolge des während der Kommutierung entstehenden, so genannten Kommutierungsfeuers bewirkt.
Soll der Gleichstrommotor in zwei Drehrichtungen betreibbar sein, so ist es vorteilhaft, wenn in dem elektrischen Pfad der zumindest einen weiteren Anschlussleitung ebenfalls mindestens ein weiterer Durchführungskondensator angeordnet ist.
Um eine kostengünstige Herstellung mittels Standard- Elektronikkomponenten bzw. -technologien sowie eine effiziente Unterdrückung der Störemissionen zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass wenigstens ein Anschluss der Durchführungskondensatoren eine elektrische Verbindung mit einem Massepotenzial aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Durchführungskondensator und das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement in einem gemeinsamen Gehäuse des Hybrid-Elements integriert sind.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen
Fig. 1: ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung und
Fig. 2: ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung .
Beschreibung
In Figur 1 ist das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors 12 mit einem ersten Bürstenanschluss 12a und einem zweiten Bürstenanschluss 12b zur Kommutierung gezeigt. Der erste Bürstenanschluss 12a des Gleichstrommotors 12 ist über eine erste Anschlussleitung 14 mit dem positiven Potential V+ einer nicht näher gezeigten Spannungsversorgung und der zweite Bürstenanschluss 12b über eine zweite Anschlussleitung 16 mit dem negativen Potential V_ der Spannungsversorgung verbunden. Selbstverständlich kann die Verbindung des Gleichstrommotors 12 mit der Spannungsversorgung entweder direkt oder mittelbar über Schaltmittel, beispielsweise Transistoren, Relais oder dergleichen, zur
Geschwindigkeitsregulierung des Gleichstrommotors 12 erfolgen. Zur Unterdrückung der während der Kommutierung des Gleichstrommotors 12 infolge des Bürstenfeuers entstehenden, hochfrequenten Störemissionen ist in einem elektrischen Pfad der ersten Anschlussleitung 14 ein Durchführungskondensator 18 angeordnet. Zumindest ein Anschluss 20 des Durchführungskondensators 18 ist über eine elektrische Verbindung 22 mit einem Bezugs- bzw. Massepotential GND kontaktiert. Handelt es sich - wie in Figur 1 gezeigt - um einen Gleichstrommotor 12 mit nur einer Drehrichtung, so ist es alternativ möglich, dass der zweite Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 und der Anschluss 20 des Durchführungskondensators 18 gemeinsam auf das Massepotential GND gelegt werden. In diesem Fall ist das negative Potential V_ identisch mit dem Massepotential GND.
Zwischen der ersten Anschlussleitung 14 und der zweiten Anschlussleitung 16, d.h. parallel zum Gleichstrommotor 12, ist ein weiteres, elektronisches Bauelement 24 zur Abschaltspannungsimpuls- Begrenzung in Gestalt eines Varistors 26 vorgesehen. Statt des Varistors 26 können aber auch andere, elektronische Bauelemente zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung, wie beispielsweise Z-Dioden oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Der Durchführungskondensator 18 und der Varistor 20 bilden zusammen ein Hybrid-Element 28, das in einem gemeinsamen Gehäuse 30 integriert ist und dessen Anschlüsse zur Verbindung mit dem positiven Potential V+, dem negativen Potential V_, dem Bezugspotential GND sowie dem ersten 12a und dem zweiten Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 in geeigneter Weise herausgeführt sind.
In Figur 2 ist das Blockschaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen des Gleichstrommotors 12 gezeigt. Im Unterschied zu Figur 1 kann der Gleichstrommotor 12 nun in beide Drehrichtungen betrieben werden. Daher ist vorgesehen, dass der erste Bürstenanschluss 12a des Gleichstrommotors 12 über die erste Anschlussleitung 14 und der zweite Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 über die zweite Anschlussleitung 16 entweder für die erste Drehrichtung mit dem positiven Potential V+ bzw. dem negativen Potential V_ oder für die zweite Drehrichtung mit dem negativen Potential V_ bzw. dem positiven Potential V+ verbunden sind. Diesbezüglich wurden die beiden Fälle in Figur 2 durch die Potentiale V+/- bzw. V_/+ gekennzeichnet. Auch hier ist wieder eine direkte oder mittelbare Verbindung des Gleichstrommotors 12 zur Spannungsversorgung möglich.
Aufgrund der beiden möglichen Drehrichtungen sind nun im elektrischen Pfad der ersten Anschlussleitung 14 der erste
Durchlasskondensator 18 und im elektrischen Pfad der zweiten Anschlussleitung 16 ein weiterer Durchlasskondensator 32 angeordnet. Beide Durchlasskondensatoren 18 und 32 werden über dafür vorgesehene Anschlüsse 20 und 34 mittels einer gemeinsamen, elektrischen Verbindung 22 mit dem Bezugs- bzw. Massepotential GND kontaktiert. Da der Gleichstrommotor 12 für beide Drehrichtungen ausgelegt ist und demzufolge die Polarität der Spannungsversorgung wechseln kann, ist es im Gegensatz zu Figur 1 nun nicht mehr möglich, ein gemeinsames Bezugspotential für den zweiten Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 und die Anschlüsse 20 und 34 der beiden Durchlasskondensatoren 18 und 32 vorzusehen.
Wie bereits in Figur 1 so ist auch in diesem Ausführungsbeispiel ein als Varistor 26 ausgebildetes, elektrisches Bauelement 24 zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung vorgesehen, dass die erste
Anschlussleitung 14 und die zweite Anschlussleitung 16 miteinander verbindet. Parallel zum Varistor 26 ist weiterhin ein Cx-Kondensator 36 geschaltet. Auf diese Weise ist eine stark impedanzoptimierte Anbindung der Entstörvorrichtung 10 möglich, wobei der Cx- Kondensator 36 zur Erfüllung von Lang-, Mittel- oder Kurzwellen- Entstörforderungen dient, und der Varistor 26 etwaigen Load-Dump- Forderungen Rechnung tragen soll .
Die beiden Durchführungskondensatoren 18 und 32 sowie der Varistor 26 und der Cx-Kondensator 36 bilden ein Hybrid-Element 38, das in einem gemeinsamen Gehäuse 30 integriert ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung in Verbindung mit einer flexiblen Anbindung an den Gleichstrommotor 12. Zu diesem Zweck kann das Hybrid-Element 38 Anschlüsse zur Verbindung mit den Potentialen V+/- bzw. V_/+, dem Bezugspotential GND sowie dem ersten 12a und dem zweiten Bürstenanschluss 12b des Gleichstrommotors 12 in geeigneter Weise aufweisen.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die Figuren 1 und 2 beschränkt ist. So kann der Cx-Kondensator 36 beispielsweise auch im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen. Weiterhin ist es auch denkbar, dass Gleichstrommotoren mit mehreren Schaltstufen mit einem entsprechenden Hybrid-Element ausgestattet werden, wobei dann in den jeweiligen, elektrischen Pfaden der Anschlussleitungen zur Ansteuerung der einzelnen Stufen ein Durchführungskondensator angeordnet ist. Ebenso kann für jede Schaltstufe ein Varistor und/oder ein Cx-Kondensator vorgesehen werden. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, dass je Anschlussleitung mehrere Durchführungskondensatoren miteinander kombiniert werden sowie geeignete Parallel- und/oder Reihenschaltungen aus mehreren Varistoren bzw. Cx-Kondensatoren zur Erfüllung vorgegebener Forderungen zum Einsatz kommen.

Claims

Patentansprüche
1. Entstörvorrichtung (10) zur Unterdrückung hochfrequenter Störemissionen eines Gleichstrommotors (12) , mit mindestens einem ersten Durchführungskondensator (18) , der in einem elektrischen Pfad einer ersten Anschlussleitung (14) des Gleichstrommotors (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Anschlussleitung (14) und zumindest einer weiteren Anschlussleitung (16) des Gleichstrommotors (12) mindestens ein weiteres, elektrisches Bauelement (24) zur Abschaltspannungsimpuls-Begrenzung vorgesehen ist.
2. Entstörvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement (24) ein Varistor (26) ist.
3. Entstörvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Varistor (26) zumindest ein Cx-Kondensator
(36) parallel geschaltet ist.
4. Entstörvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektrischen Pfad der zumindest einen weiteren Anschlussleitung (16) mindestens ein weiterer Durchführungskondensator (32) angeordnet ist.
5. Entstörvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschluss
(20, 34) der Durchführungskondensatoren (18, 32) eine elektrische Verbindung (22) mit einem Bezugs- bzw. Massepotenzial (GND) aufweist.
6. Entstörvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Durchführungskondensator (18, 32) und das mindestens eine weitere, elektrische Bauelement (24, 26) in einem gemeinsamen Gehäuse (30) integriert sind.
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