DE69100533T2

DE69100533T2 - Geschwindigkeitskommutationsverfahren für einen mehrpoligen elektrischen Motor mit konstantem Fluss und Lüftersatz mit Geschwindigkeitskommutation nach diesem Verfahren.

Info

Publication number: DE69100533T2
Application number: DE91402600T
Authority: DE
Inventors: Herve Couetoux
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2011-10-01
Also published as: US5311615A; EP0479658A1; ES2047388T3; DE69100533D1; EP0479658B1; FR2667997B1; FR2667997A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Geschwindigkeitskommutationsverfahren für einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrom-Elektromotor.
Sie betrifft besonders ein Kommutationsverfahren für die Steuerung der Geschwindigkeitskommutationsvorrichtung eines Gleichstrommotors mit konstantem Fluß von der Art, deren Anker eine überlappende Wicklung enthält und n Wege aufweist, von denen jeder über eine Bürste gespeist wird, wie in der EP-A-0 076 206 erwähnt.
Außerdem ist eine Kommutationsvorrichtung in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 445 015, eingereicht auf den Namen der Anmelderin am 25. Februar 1991, beschrieben und dargestellt. Diese Kommutationsvorrichtung gestattet die Erzielung einer Rang- Motordrehzahl i zwischen 1 und n-1 durch Verbindung einer Gruppe von i+1 Bürsten mit den Klemmen der Gleichstromquelle des Motors.
Auf den Inhalt dieser Patentanmeldung kann Bezug genommen werden, um sich detaillierte Kenntnisse des Aufbaus der Kommutationsvorrichtung und über die verschiedenen Vorteile zu verschaffen, die aus ihrer Anwendung resultieren und von denen die wichtigsten in dem relativ geringen Preis und in dem reduzierten Platzbedarf liegen.
Obgleich eine solche Art von Kommutationsvorrichtung zufriedenstellend funktioniert, stellt man beim Gebrauch fest, daß ihr Nachteil in der Verursachung eines unregelmäßigen Verschleißes der Speisebürsten der Ankerwege liegt.
Die in Gleichstrommotoren eingesetzten Bürsten sind im allgemeinen Elektrographitbürsten, hergestellt aus amorpher Kohle, die durch Hochtemperatur-Wärmebehandlung graphitiert und durch Bindemittel agglomeriert wurde. Die Abnutzung der Bürsten ist einerseits mechanischer Art und geht mit dem allgemeinen Problem der gleitenden Reibung der Bürsten einher, und andererseits elektrischer Art.
Von der Anmelderin durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß der Verschleiß elektrischer Art vorherrschte und damit einen schnelleren Verschleiß der aktiven Bürste oder Bürsten bewirkte.
Aufgrunddessen kann die Lebensdauer eines Gleichstrommotors der vorerwähnten Art durch den vorzeitigen Verschleiß nur einer Bürste stark reduziert werden.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, schlägt die Erfindung ein Geschwindigkeitskommutationsverfahren für einen Gleichstrommotor der vorerwähnten Art vor, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Modifizierung des Anschlußzustandes der Bürsten entsprechend einem Steuerungsgesetz besteht, wobei die Zusammensetzung der Gruppe von i + 1 Bürsten, die zur Erzielung einer bestimmten Ranggeschwindigkeit i anzuschließen sind, modifiziert wird und/oder wobei die Verbindung von K Bürste unterbrochen wird, wobei K wenigstens gleich 1 ist, und wobei die Verbindung von K + 1 Bürsten hergestellt wird, die von denen verschieden sind, die zuvor bei einer Geschwindigkeitskommutation angeschlossen wurden.
Dank dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, zu einer Verteilung des Verschleißes der beanspruchten Bürsten durch ihren elektrischen Anschluß zu gelangen, wobei versucht wird, die Stromversorgungszeiten jeder einzelnen Bürste auszugleichen.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung:
- besteht das Steuerungsgesetz des Verfahrens darin, die Zusammensetzung der Bürstengruppe oder der Bürste auszuwählen, deren Verbindung entsprechend dem vorherigen Anschlußzustand und einer festgelegten, gespeicherten Auswahlfolge unterbrochen wird;
- besteht das Steuerungsgesetz darin, die Zusammensetzung der Bürstengruppe oder der Bürste auszuwählen, deren Anschluß durch regelloses Herausziehen in einem Anschlußzustandsregister unterbrochen wird;
- besteht das Steuerungsgesetz darin, entsprechend einem Taktgeberparameter eine Veränderung des Anschlußzustands der Bürstengruppe herbeizuführen;
- besteht das Steuerungsgesetz darin, eine Veränderung des Anschlußzustands entsprechend einer Ableitung einer physikalischen Größe oder entsprechend abwechselnden Überschreitungen von Schwellenwerten dieser physikalischen Größe zu bewirken;
- besteht das Steuerungsgesetz darin, die Bürstengruppe oder die genannte Bürste entsprechend der Diagnose einer bestimmten Anzahl früherer, festgelegter Anschlußzustände auszuwählen.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere Anwendung bei der Geschwindigkeitskommutation eines vierpoligen Motors mit drei Arbeitsdrehzahlen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Bürsten ständig mit einer der Klemmen der Gleichstromquelle verbunden ist.
Die Erfindung betrifft auch einen Lüftersatz von der Art, die einen Gleichstrommotor mit konstantem Fluß enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er eine entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuerte Geschwindigkeitskommutationsvorrichtung enthält, wobei der Lüftersatz ein Steuerungsmittel aufweisen kann, welches durch eine Messung der zu regulierenden Temperatur durch das Einwirken des Lüftersatzes gesteuert wird und dessen Auslösung die Kommutation der Geschwindigkeitskommutationsvorrichtung bewirkt.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung für die Funktionssteuerung eines Lüftersatzes, wie er in der Kraftfahrzeugindustrie zur Beschleunigung der Kühlung des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs eingesetzt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, zu deren besserem Verständnis auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, deren Figuren verschiedene elektrische Anschlußzustände der vier Bürsten eines vierpoligen Gleichstrommotors darstellen.
Die nachfolgende Beschreibung des erfindungsgemäßen Kommutationsverfahrens wird im Rahmen seiner Anwendung für die Steuerung der Kommutation eines vierpoligen Gleichstrommotors (das heißt n = 4 Wegen) mit drei Rangdrehzahlen i von eins bis drei gegeben, die auch als niedrige Geschwindigkeit (PV) (Figur 1A bis 1B), mittlere Geschwindigkeit (MV) (Figur 2A bis 2C) und hohe Geschwindigkeit (GV) (Figur 3) bezeichnet werden.
In den Figuren ist der Motor M jeweils mit seinen vier Bürsten B1, B2, B3, B4 schematisch dargestellt. Neben jeder der Bürsten Bi ist jeweils deren elektrischer Anschlußzustand angegeben, entweder durch ein Pluszeichen oder ein Minuszeichen, wenn die Bürste an eine der Klemmen der Stromquelle angeschlossen ist, oder durch eine Null, wenn die Bürste keinen Strom erhält.
In den verschiedenen Anschlußzuständen, die in den Figuren dargestellt sind, ist die Bürste B1 ständig mit der Minusklemme der Gleichstromquelle verbunden.
Die Geschwindigkeitskommutationsvorrichtung, wie sie in der weiter oben erwähnten Patentanmeldung beschrieben wurde, schlägt den Einsatz der drei Anschlußzustände der in den Figuren 1A, 2A oder 2C und 3 dargestellten Bürsten vor, die jeweils den drei möglichen Geschwindigkeiten für diese Art von vierpoligem Motor entsprechen.
Bei dieser Wahl von Anschlußzuständen stellt man fest, daß die Bürste B2 immer an die Stromquelle angeschlossen ist, ungeachtet des Rangs der kommutierten Geschwindigkeit.
Um diesen Nachteil zu beseitigen wird entsprechend der Erfindung vorgeschlagen, eine Geschwindigkeitskommutation zwischen der niedrigen Geschwindigkeit und der mittleren Geschwindigkeit vorzunehmen, indem für letztere der in Figur 2B dargestellte Anschlußzustand gewählt wird, worin die Bürste B2 nicht angeschlossen ist und worin die Bürsten B1, B3 und B4 mit der Gleichstromquelle verbunden sind. Die Übergänge zwischen dem einen und dem anderen der in den Figuren 1A und 2B dargestellten Anschluß zustände, das heißt zwischen dem Zustand B1, B2 und dem Zustand B1, B3 und B4 (wenn man die Bürsten so bezeichnet, die mit der Gleichstromquelle verbunden sind) bewirken eine Verringerung der Abnutzung der Bürste B2. Man gelangt so zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Anschlußzeiten jeder der kommutierten Bürsten.
Natürlich ist es für den Fall, daß der Anschlußzustand für die niedrige Geschwindigkeit dem in Figur 1B (B1, B4) dargestellten Zustand entspricht, wünschenswert, den in Figur 2C dargestellten Anschlußzustand zur Erzielung der mittleren Geschwindigkeit (B1, B2, B3) anzuwenden, wobei sich die Bürste B4 in Ruhestellung befindet und die Bürste B2 angeschlossen ist.
Diese erste Strategie einer Auswahl der Anschlußzustände gilt bei einer Geschwindigkeitskommutation.
Entsprechend einer bestimmten Ranggeschwindigkeit, das heißt bei niedriger oder mittlerer Geschwindigkeit, ist es auch möglich, mittels Kommutation eine Änderung der Zusammensetzung der Gruppe der an die Spannungsquelle angeschlossenen Bürsten zu bewirken, wodurch diese Drehzahl erreicht werden kann.
Für die niedrige Geschwindigkeit ist es somit möglich, zwischen den in den Figuren 1A und 1B dargestellten Zuständen, das heißt zwischen den Zuständen B1, B2 und B1, B4, eine Entwicklung herbeizuführen.
Für die Erzielung der mittleren Geschwindigkeit ist es möglich, eine Entwicklung zwischen den in den Figuren 2A, 2B und 2C dargestellten Zuständen herbeizuführen, das heißt zwischen den Zuständen B1, B2, B4 oder B1, B3, B4 oder B1, B2, B3.
Zu beachten ist, daß alle soeben beschriebenen Anschlußzustände dem Fall entsprechen, wo die Bürste B1 fest mit der Minusklemme der Gleichstromquelle verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf diese Art von Anschluß beschränkt, doch ist dieses besonders wirtschaftlich, denn es gestattet die Durchführung der Kommutation mit Hilfe einer Steuerung über drei unabhängige Relais.
Die Steuerung der Änderung der Anschlußzustände, das heißt die Strategie, mit der ein möglichst gleichmäßig verteilter Verschleiß der Bürsten erreicht werden kann, ist auf verschiedene Weise durchführbar.
Verfügt man über Mittel zur Speicherung des vorgenannten Anschlußzustands, so ist es möglich, die Zusammensetzung der anzuschließenden Bürstengruppe im nachfolgenden Zustand entsprechend einer festgelegten Auswahlfolge, die ebenfalls gespeichert ist, auszuwählen.
Verfügt man beispielsweise über einen Zahlen-Zufallsgenerator, so kann die Auswahl der Zusammensetzung der Gruppe von Bürsten oder der Bürste, deren Anschluß man unterbricht, durch zufälliges Herausziehen aus einem Anschlußzustandsregister vorgenommen werden.
Falls man Anschlußzustände für die gleiche Betriebsgeschwindigkeit ändert, ist es ebenfalls möglich, einen Taktgeberparameter zu verwenden, um zu einer gleichmäßigen Verteilung der verschiedenen Anschlußzustände in der Anwendungszeit zu gelangen.
Es ist auch möglich, die Ableitung einer physikalischen Größe oder alternierende Freigaben von Schwellenwerten dieser physikalischen Größe mit einer Hysterese zu verwenden.
Im Rahmen dieser Lösung ist es besonders vorteilhaft, als physikalische Größe die Temperatur des Motors oder eines Teils des Kühlkreislaufs zu verwenden, wobei diese Größe durch eine Wärmeschützvorrichtung gegeben ist, während die Werte dieser Größe bereits dazu benutzt werden, die Auswahl einer der Motordrehzahlen zu bewirken, wie dies in der oben erwähnten Patentanmeldung erläutert wurde.
Es ist auch möglich, eine Diagnose der vorherigen Anschlußzustände zu berücksichtigen, um das Steuerungsgesetz so abzuändern, daß man zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Anwendung der Bürsten gelangt, und zwar insbesondere im Falle einer Auswahl durch zufälliges Herausziehen und/oder entsprechend der physikalischen Größe.
Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich in seiner Anwendung nicht auf einen vierpoligen Motor, sondern kann natürlich auch auf einen heteropolaren Gleichstrommotor mit n Wegen angewandt werden, für den man eine Ranggeschwindigkeit i zwischen 1 und n - 1 auswählen will, indem man eine Gruppe von i + 1 Bürsten des Motors an die Klemmen der Gleichstromquelle, darunter eine der Bürsten der Stromquelle, anschließt.
So ist es, ebenfalls noch im Rahmen einer Anwendung auf den vierpoligen Motor, beispielsweise auch möglich, alle drei Anschlußzustände von zwei aufeinanderfolgenden Bürsten unter den vier vorhandenen auszuwählen, um die niedrige Geschwindigkeit zu erzielen, doch ist diese Lösung teurer, weil sie die Verwendung von wenigstens einem zusätzlichen Relais an der Kommutationsvorrichtung voraussetzt.
Im Rahmen der allgemeinen Anwendung der Erfindung und für eine Änderung der Anschlußzustände, zu der es bei einer Geschwindigkeitskommutatian kommt, ist es erforderlich, den Anschluß von K Bürste zu unterbrechen, wobei K wenigstens dem Wert 1 entspricht, die vorher an die Stromquelle angeschlossen wurde, und den Anschluß von wenigstens K + 1 verschiedenen Bürsten unter den zuvor angeschlossenen Bürsten vorzunehmen, um bei dieser Geschwindigkeitskommutation eine Veränderung der Verteilung der angeschlossenen Bürsten zu erreichen, was zu einer Verminderung von deren Abnutzung führt.
Die wirtschaftliche Lösung mit der Bürste B1, die ständig an die Stromquelle angeschlossen ist, findet insbesondere dann Anwendung, wenn das erfindungsgemäße Verfahren für die Steuerung der Geschwindigkeitskommutation eines Kraftfahrzeug-Lüftersatzes eingesetzt wird. Die wirtschaftlichste Lösung, die für die Strategie der Auswahl des Anschlußzustandes benutzt werden kann, ist diejenige, bei der Mittel zur Speicherung des vorherigen Anschlußzustandes zum Einsatz kommen.

Claims

1) Geschwindigkeitskommutationsverfahren für einen Gleichstrom-Elektromotor (M) mit konstantem Fluß in der Ausführung, deren Anker mit einer überlappten Wicklung versehen ist und n Wege aufweist, die jeweils durch eine Bürste (B1, B2, B3, B4) gespeist werden, ein Verfahren, bei dem eine zwischen 1 und n - 1 liegende Ranggeschwindigkeit i dadurch erzielt wird, daß man eine Gruppe von i + 1 Bürsten an die Klemmen der Gleichstromquelle des Motors anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Modifizierung des Anschlußzustandes der Bürsten entsprechend einem Steuerungsgesetz besteht, wobei die Zusammensetzung der Gruppe von i + 1 Bürsten, die zur Erzielung einer bestimmten Ranggeschwindigkeit i anzuschließen sind, modifiziert wird und/oder wobei die Verbindung von K Bürste unterbrochen wird, wobei K wenigstens gleich 1 ist, und wobei die Verbindung von K + 1 Bürsten hergestellt wird, die von denen verschieden sind, die zuvor bei einer Geschwindigkeitskommutation angeschlossen wurden.

2) Kommutationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Steuerungsgesetz darin besteht, die Zusammensetzung der Bürstengruppe oder der Bürste auszuwählen, deren Verbindung entsprechend dem vorherigen Anschlußzustand und einer festgelegten, gespeicherten Auswahlfolge unterbrochen wird.

3) Kommutationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsgesetz darin besteht, die Zusammensetzung der Bürstengruppe oder der Bürste auszuwählen, deren Anschluß durch regelloses Herausziehen in einem Anschlußzustandsregister unterbrochen wird.

4) Kommutationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsgesetz darin besteht, entsprechend einem Taktgeberparameter eine Veränderung des Anschlußzustands der Bürsten herbeizuführen.

5) Kommutationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsgesetz darin besteht, eine Veränderung des Anschlußzustands entsprechend einer Ableitung einer physikalischen Größe oder entsprechend abwechselnden Überschreitungen von Schwellenwerten dieser physikalischen Größe zu bewirken.

6) Kommutationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsgesetz darin besteht, die Bürstengruppe oder die genannte Bürste entsprechend der Diagnose einer bestimmten Anzahl früherer, festgelegter Anschlußzustände auszuwählen.

7) Kommutationsverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche für die Geschwindigkeitskommutation eines vierpoligen Motors, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Bürsten (B1) fest mit einer der Klemmen der Stromquelle verbunden ist.

8) Lüftersatz, enthaltend einen Gleichstrom-Elektromotor (M) mit konstantem Fluß, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Geschwindigkeitskommutationsvorrichtung enthält, die nach dem Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche gesteuert wird.

9) Lüftersatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Steuerungsmittel enthält, welches durch Messung der zu regulierenden Temperatur beim Wirksamwerden des Lüftersatzes betätigt wird und dessen Auslösung zur Umschaltung der Geschwindigkeitskommutationsvorrichtung führt.