DE102009006891A1

DE102009006891A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102009006891A1
Application number: DE200910006891
Authority: DE
Inventors: Andreas Heise; Ralf Hartmann; Dieter Barthel; Christian Bitsch; Hans-Jörg Dr. Feigel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, bestehend aus einem mit einer Motorwelle (7) verbundenen Rotor und einem Stator mit mehreren Bürsten (1, 6), wobei der mit Wicklungen (8) versehene Rotor für die Kommutierung einen Kommutator (2) mit mehreren Kommutatorlamellen (3, 4, 5) umfasst. Zur genauen Erfassung der Drehwinkelposition der Motorwelle (7) sieht die Erfindung vor, dass eine von mehreren Kommutatorlamellen (4) gegenüber den übrigen Kommutatorlamellen (3, 5) vorzugsweise in Drehrichtung der Motorwelle (7) abschnittsweise verlängert ist und dass zur Kontaktierung des verlängerten Abschnitts der Kommutatorlamelle (4) eine von mehreren Bürsten (6) einen axialen Versatz aufweist. Hierdurch lässt sich ein für die Drehwinkelposition charakteristisches Signal über die versetzte Bürste (6) abgreifen, das zur Komfortverbesserung bzw. Geräuschminimierung genutzt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die WO 01/95471 A1 beschreibt einen Elektromotor zum Bestimmen der Drehstellung der Motorwelle eines Gleichstrommotors, bei dem jeweils der Stromrippel ausgewertet wird. Hierzu wird ein geeigneter Referenzstromrippel mit dem aktuellen Stromrippel verglichen, welcher während des Betriebs des Motors gemessenen wird.
Aus der DE 42 32 130 A1 geht eine Schaltungsanordnung hervor, mit der in einem ABS-Bremsensteuergerät die Generatorspannung eines Gleichstrompumpenmotors während einer pulsweitenmodulierten (PWM-)Ansteuerung bestimmt werden kann. Mit Hilfe der Generatorspannung wird die Förderleistung der Hydraulikpumpe geregelt. Der Stromrippel wird dabei allerdings nicht ausgewertet. Eine Auswertung der Generatorspannung zur Pumpendrehzahlbestimmung in einem ABS-Steuergerät wird in der DE 103 55 239 A1 beschrieben. Dabei erfolgt eine Drehzahlsteuerung mit dem Ziel, eine geräuschoptimierte Ansteuerung der Ventile zu ermöglichen. Letztlich wird auch hier eine indirekte Bestimmung des von der Pumpe erzeugten Hydraulikdrucks vorgenommen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor anzugeben, der auf möglichst einfache Weise eine exakte Erfassung der Drehwinkelposition der Motorwelle ermöglicht, um bei Wunsch oder Bedarf den Komfort und das Geräusch infolge der Welligkeit von drehwinkelabhängigen Lastschwankungen in der Motordrehzahl zu optimieren.
Diese Aufgabe wird für einen Elektromotor der angegebenen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschreibung einer Zeichnung verdeutlicht.
Die 1 zeigt in einer Draufsicht schemenhaft dargestellt die für die Erfindung wesentlichen Elemente eines Elektromotors, der aus einem mit einer Motorwelle 7 verbundenen Rotor und einem Stator mit mehreren Bürsten 1, 6 besteht, wobei der Rotor mit den symbolisch dargestellten Wicklungen 8 für die Kommutierung einen Kommutator 2 mit mehreren Kommutatorlamellen 3, 4, 5 umfasst.
Erfindungsgemäß weist der abgebildete Kommutator 2 eine von mehreren Kommutatorlamellen 4 auf, die gegenüber den übrigen Kommutatorlamellen 3, 5 baulich modifiziert ist, wozu die modifizierte Kommutatorlamelle 4 vorzugsweise in Drehrichtung der Motorwelle 7 über den Kommutatorumfang abschnittsweise verlängert sowie in der Breite verkürzt ist, während alle übrigen Kommutatorlamellen 5 eine identische Umfangslänge und Breite aufweisen.
Zur Kontaktierung der veränderten Kommutatorlamelle 4 ist daher eine der zwei abgebildeten Bürsten 6 axial zur Achse der zweiten Bürste 1 versetzt. Der axiale Versatz der mit der veränderten Kommutatorlamelle 4 zusammenwirkende Bürste 6 ist an die Breite B der verlängerten Kommutatorlamelle 5 angepasst. Abhängig von der Breite B der verlängerten Kommutatorlamelle 4 ist eine durch den axialen Versatz der Bürste 6 auf dem Kommutator 2 hervorgerufene Kontaktspur entweder parallel oder überlappend zu einer Kontaktspur der anderen Bürste 1 angeordnet. Mittels der mit der verlängerten Kommutatorlamelle 4 zusammenwirkenden Bürste 6 erfolgt eine Identifizierung der Drehwinkelposition der Motorwelle 7, wozu die mit der verlängerten Kommutatorlamelle 4 zusammenwirkende Bürste 6 mit einer Auswerteelektronik 9 elektrisch verbunden ist, in der ein für die Drehwinkelposition der Motorwelle 7 charakteristisches Signal auswertbar ist.
Das für die Ermittlung der Drehwinkelposition der Motorwelle 7 charakteristische Signal beruht somit auf einer punktuellen Voreilung der verlängerten Kommutatorlamelle 4 in Motordrehrichtung, wozu das Motorstrom- und/oder Spannungssignal, vorzugsweise die Gegeninduktionsspannung des Elektromotors in der Auswerteelektronik 9 erfasst und zur Ansteuerung des Elektromotors verwendet wird.
Die Ansteuerung des Elektromotors erfolgt abhängig von der Motorlast, die in vorliegendem Anwendungsfall durch eine vom Elektromotor angetriebene Kolbenpumpe verursacht wird, wobei mittels einer lastabhängigen Motor- und/oder ggf. auch Ventilansteuerung eine gleichmäßige Druckmittelförderung und eine Geräuschminderung der Kolbenpumpe möglich ist.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung des vorstehend beschriebenen Elektromotors für ein elektronischen Bremsenregelungssystem (z. B. ABS, ESP, ASR, EBC etc.). Bevorzugt bezieht sich die Erfindung auf eine Blockierschutzregelung und/oder eine Raddruckregelung, insbesondere innerhalb eines Abstandsregelungssystems (ACC), wo die bisherigen lastabhängigen Druckschwankungen bzw. Geräusche der mit dem Elektromotor verbundenen Kolbenpumpe nunmehr durch die exakte Erfassung der Drehwinkelposition der Motorwelle 7 vermieden werden, indem mittels der Auswertelektronik 9 eine komfort- und geräuschoptimierte Ansteuerung des Elektromotors und/oder komfort- und geräuschoptimierte Ansteuerung von elektromagnetisch betätigbaren Druckregelventilen erfolgt, die zum festen Bestandteil des Bremsenregelungssystem gehören.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel dient somit die exakte Erfassung der Drehwinkelposition der Motorwelle 7 dazu, die Kolbenposition und damit den Lastzustand der vom Elektromotor direkt angetriebenen Kolbenpumpe festzustellen, wozu erfindungsgemäß lediglich eine einzige Kommutatorlamelle 4 in der angegebene Weise technisch verändert wird, um ein markantes, auswertbares Strom- und Spannungssignal des Elektromotors zu erzeugen, mit dem während des Motorlaufs die Kolbenposition und damit auch der Lastzustand ohne die Notwendigkeit jeglicher Sensorik kontinuierlich ermittelt wird.
Da zur Erfassung der Drehwinkelposition lediglich eine einzige Kommutatorlamelle 4 in der eingangs erläuterten Art modifiziert werden muss, um im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Stelle mit reduziertem Motormoment zu ermitteln, können nach Wunsch oder Bedarf beliebig viele Bürsten über den Umfang des Kommutators 2 verteilt angeordnet werden.
Alternativ zu der in 1 gewählten Darstellung wird ferner vorgeschlagen, mittels einer Aussparung oder Abspaltung und Verschalten des zu modifizieren Lammellenbereichs, welcher mit der Bürste 6 zusammenwirkt, die gewünschte Drehwinkelposition der Motorwelle mittels der Kommutatorlamelle 4 zu erzeugen.

1: Bürste
2: Kommutator
3: Kommutatorlamelle
4: Kommutatorlamelle
5: Kommutatorlamelle
6: Bürste
7: Motorwelle
8: Wicklung
9: Auswerteelektronik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 01/95471 A1 [0002]
- DE 4232130 A1 [0003]
- DE 10355239 A1 [0003]

Claims

Elektromotor, bestehend aus einem mit einer Motorwelle verbundenen Rotor und einem Stator mit mehreren Bürsten, wobei der mit Wicklungen versehene Rotor für die Kommutierung einen Kommutator mit mehreren Kommutatorlamellen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine von mehreren Kommutatorlamellen (4) gegenüber den übrigen Kommutatorlamellen (3, 5) in Umfangsrichtung des Kommutators (2), abschnittsweise baulich modifiziert ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte Kommutatorlamelle (4) über eine reduzierte Breite (B) verlängert ist, und dass zur Kontaktierung der in der Breite (B) und in der Länge (L) veränderten Kommutatorlamelle (4) wenigstens zwei Bürsten (1, 6) einen axialen Versatz zueinander aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz der Bürste (6) an die Breite (B) der in Umfangsrichtung des Kommutators (2) verlängerten Kommutatorlamelle (5) angepasst ist.
Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Breite (B) der verlängerten Kommutatorlamelle (4) eine durch den axialen Versatz der Bürste (6) auf dem Kommutator (2) hervorgerufene Kontaktspur entweder parallel oder überlappend zu einer Kontaktspur der weiteren Bürste (1) angeordnet ist.
Elektromotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mit der ver längerten Kommutatorlamelle (4) zusammenwirkenden Bürste (6) eine Identifizierung der Drehwinkelposition der Motorwelle (7) erfolgt, wozu die mit der verlängerten Kommutatorlamelle (4) zusammenwirkende Bürste (6) mit einer Auswerteelektronik (9) verbunden ist, in der ein für die Drehwinkelposition der Motorwelle (7) charakteristisches Signal auswertbar ist.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Ermittlung der Drehwinkelposition der Motorwelle (7) charakteristische Signal auf einer punktuellen Voreilung der verlängerten Kommutatorlamelle (4) in Motordrehrichtung beruht, wozu die Kommutatorlamelle (4) in Drehrichtung der Motorwelle (7) verlängert ist.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Signal als Motorstrom- und/oder Spannungssignal, insbesondere durch die Erfassung der Gegeninduktionsspannung des Elektromotors in der Auswerteelektronik (9), zur Ansteuerung des Elektromotors und/oder elektromagnetischer Ventile nutzbar ist.
Elektromotor nach Anspruche 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Elektromotors und/oder der Ventile lastabhängig erfolgt.
Elektromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Last eine vom Elektromotor angetriebene Kolbenpumpe ist, wobei mittels der lastabhängigen Motor- und/oder Ventilansteuerung eine gleichmäßige Druckmittelförderung und/oder eine Geräuschminderung der Kolbenpumpe erzielbar
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte Kommutatorlamelle (4) sich durch eine Aussparung oder eine Abspaltung geometrisch von den übrigen Kommutatorlamellen (3, 5) unterscheidet.
Verwendung des Elektromotors nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem elektronischen Bremsenregelungssystem.