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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Entstörvorrichtung zur
Unterdrückung
hochfrequenter Störemissionen eines
Gleichstrommotors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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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.
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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.
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Vorteile der
Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2 beispielhaft
erläutert,
wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile
mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen
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1:
ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung
und
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2:
ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung.
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Beschreibung
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In 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.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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In 2 ist
das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entstörvorrichtung 10 zur
Unterdrückung
hochfrequenter Störemissionen
des Gleichstrommotors 12 gezeigt. Im Unterschied zu 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 2 durch die Potentiale V+/– bzw.
V+/– gekennzeichnet.
Auch hier ist wieder eine direkte oder mittelbare Verbindung des Gleichstrommotors 12 zur
Spannungsversorgung möglich.
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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 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.
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Wie
bereits in 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.
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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.
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Es
sei abschließend
noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die 1 und 2 beschränkt ist.
So kann der Cx-Kondensator 36 beispielsweise auch im ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 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.