NOISE SUPPRESSION ARRANGEMENT FOR A SERIES MOTOR

Abstract: 1. Interference-suppression arrangement for a series motor including an anti-interference condenser (X-condenser) (5), bridging the current supply lines, characterised in that an Ohm resistor (8) is switched in parallel with at least one of the field spools (2).

Description: Beschreibung Entstörungsanordnung für einen Reihenschlussmotor Die Erfindung betrifft eine Entstörungsanordnung für einen Reihenschlussmotor mit einem die Stromzuführleitungen überbrückenden Störschutzkondensator,der üblicherweise auch als "X-Kondensator" bezeichnet wird. Bei Elektromotoren, insbesondere bei Kleinmotoren, wie sie in Haushaltsgeräten (Waschmaschinen,Küchenmaschinen, Brotschnei demaschinen etc.) und Elektrowerkzeugen (Bohrmaschinen, Handschleifgeräten, etc.) verwendet werden und typischerweise eine Nennleistung von wenigen bis zu einigen hundert Watt aufweisen, sind zur Funkentstörung besondere Schaltungsmassnahrnen zu treffen, die einen zusätzlichen, für den Zweck des Motors eigentlich nicht erforderlichen Aufwand darstellen. Eine bekannte und übliche Entstörungsanordnung für Motoren, z. B. Universal- oder Reihenschluss-Kornrnutatormoto- ren, in Geräten der genannten Art ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt. Die unmittelbar mit den beiden Polen des Netzes verbundenen Stator- oder Feldspulen 2 ] , 22 liegen jeweils mit einer Entstördrossel bzw. 32 über die Kohlebürsten 231 bzw. 212 mit dem Anker (Rotor) 1 in Reihe. Das Statorblechpaket 20 ist zur Ableitung unsymmetrischer Störspannungen durch den sogenannten b-Leiter 4 mit dem Y-Kondensator verbunden. Die Netzanschlüsse sind durch einen Entstörkondensator 5 in der Grössenordnung von beispielsweise 0,2 pF überbrückt, dem, falls notwendig, noch ein Entladewiderstand 9 in der Grössenordnung von 1 Mn parallelgeschaltet ist. Bei Motoren insbesondere für Handwerkzeuge, wie Handbohrmaschinen, werden ausserdem noch Y-Kondensatoren, das sind Kondensatoren 6, 7, mit erhöhter Sicherheit und begrenzter Kapazität in der Grössenordnung von einigen hundert Pico-Farad (pF) vorgesehen, die den b-Leiter 4 mit den beiden Polen des Netzanschlusses verbinden. Als besonders kritisch hinsichtlich des Störpegels, insbesondere im Störungsbereich von 150 kHz bis etwa 3 MHz, wird der Betrieb von llandwerkzeugen unter den Testbedingungen des Anlegens einer sogenannten "künstlichen Hand an das Gerätegehäuse im Bereich des Getriebes oder des Motors angesehen. Um für diese Testbedingungen die üblichen Grenzwerte, beispielsweise nach DIN 57 875/VDE 0875, CISP 14, 15, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft, 19. Jahrgang, Nr. L 336 vom 04. Dezember 1976 und 25. Jahrgang, Nr. L 222 vom 30. Juli 1982, einhalten zu können, muss der X-Kondensator 5 einen vergleichsweise grossen Wert aufweisen, was wiederum den Entladewiderstand 9 (X-Kondensator > 0,1 pF) erforderlich macht. Insgesamt wirkt eine solche Entstörungsanordnung wie ein relativ kompliziertes Filter höherer Ordnung, für dessen Frequenzgang eine Vielzahl von Einflussgröisen massgeblich ist. Zur Verringerung des Aufwands für die Entstörung elektrischer Maschinen ist es bekannt, als Entstördrosseln die in dem zu entstörenden Gerät bereits vorhandenen Induktivitäten zu vcrwendon und gegebenenfalls die betriebsmässig notwendigen Induktivitäten weiter zu unterteilen, wobei die so entstehenden Teilinduktivitäten durch Querkondensatoren überbrückt sind (vgl. DE-AS 10 14 716). Bekannt ist auch die Verwendung von Vierpol-Kondensatoren anstelle des X-Kondensators und der Y-Kondensatoren. Damit wird eine gute Entstörung insbesondere im UKW-Bereich erreicht. Vierpol-Kondensatoren sind jedoch vergleichsweise teuer und in manchen Anwendungsfällen ergeben sich räumliche Schwierig keiten, so dass relativ lange Zuleitungen vorgesehen werden müssen mit anderen nachteiligen Folgen. Schliesslich ist es zur Entstörung von Gleichstrom-Reihenschlussmotoren zur Vermeidung der Entstördrosseln auch bekannt, die beiden Feldspulen des Motors über Gleichrichter antiparallel in die Netzzuleitung eines Brückengleichrichters zu schalten (vgl. EP-Al - 0 039 764). Diese Lösung des Entstörproblems ist jedoch auf Gleichstrommotoren der genannten Gattung beschränkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Entstörung von Reihenschlussmotoren kleiner bis mittlerer Leistung, wie sie insbesondere in Elektrohandwerkzeugen verwendet werden, zu verringern und gleichzeitig die Entstörwirkung zu verbessern. Die erfindungsgemässe Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der oder den Feldspule(n) bzw. Statorspule(n) (jeweils) ein Ohm'scher Widerstand parallelgeschaltet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Besonders vorteilhaft ist es, den relativ hochohmigen, den Statorspulen oder wenigstens einigen Windungsabschnitten der Statorspulen parallelzuschaltenden Widerstand als eine galvanisch mit der Spulenwicklung gekoppelte hochohmige, leitfähige Teil-Beschichtung zu verwirklichen. Dadurch wird bei der Fertigung das Einlöten eines besonderen Widerstands vermieden. Durch zahlreiche Versuche wurden insbesondere für Motoren mit Nennleistungen N = 700 W optimale Werte für den bzw. die der (den) Statorspule(n) parallelzuschaltenden Widerstand (Widerstände) im Bereich von beispielsweise 1 kn R - 15 kn ermittelt mit optimalen Werten für den Frequenzgang des Störpegels bei R = 4,7 bis 5,6 kn. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemässe Massnahme eine erhebliche Einsparung an Bauelementen und Einbauzeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Entstörwirkung erreicht werden konnten, da für einige Arten von Motoren, insbesondere für Elektrohandwerkzeuge wie Bohrmaschinen und dergleichen, nicht nur die Entstördrosseln und der b-Leiter samt Y-Kondensatoren entfallen, sondern überdies ein wesentlich kleinerer Wert für den X-Kondensator als ausreichend ermitte0Lwur- de, was ausserdem zur Folge hat, dass auch noch der dem X Kondensator parallelgeschaltete Entladewiderstand entfallen konnte. Selbst für Motoren, die, wie bei Handbohrmaschinen, unter den erschwerenden Bedingungen bei Anlegen einer sogenannten "künstlichen Hand" am Getriebehals getestet werden, ergab sich eine erhebliche Kosteneinsparung durch eine wesentliche Verkleinerung des Kapazitätswerts für den X-Kondensator, wodurch ebenfalls die bisher erforderliche Verwendung eines Entladewiderstands überflüssig wurde. Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen Fig 1 eine bereits erläuterte, herkömmliche Entstör rungsanordnung für Reihenschlussmotoren; Fig 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer er findungsgemässen Entstörungsanordnung; Fig. 3 ein zweites Ausfiihrt#ngsh#ispie1 einer crfindungs gemässen Entstörungsanordnung, die besondere Kosten- und Fertigungsvorteile bietet; Fig. 4 die praktische Verwirklichung der anhand der Fig. 3 erläuterten Ausführungsform der Erfin dung; Fig. 5 eine weitere, insbesondere hinsichtlich eines optimalen Abgleichs vorteilhafte Ausführungs form der Erfindung; Fig. 6 ein Schaltbild zur Ausführungsform nach Fig. 5; und Fig. 7 bis 9 Messkurven von Funkstörspannungsmessungen an Reihenschlussmotoren, die einerseits mit einer be kannten Entstörungsanordnung ausgerüstet waren im Vergleich zu Motoren desselben Typs anderer seits, die mit der erfindungsgemässen Entstö rungsanordnung beschaltet waren. Die Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Entsprecllendc Bauteile sind mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet wie in Fig. 1, so dass die nochmalige Erläuterung erübrigt werden kann. Wie die Schaltungsanordnung erkennen lässt, ist den beiden Statorspulen 21 bzw 22 jeweils ein Widerstand 81 bzw 82 parallelgeschaltet. Diese beiden (Dämpfungs-)Widerstände 81 bzw. 82 liegen im oben genannten Widerstandsbereich von beispielsweise 7 kn bis 15 kn ; die Widerstandswerte können, müssen jedoch nicht, gleich gewählt sein. Oftmals genügt es, nur eine Spule zu beschalten. Für den Sonderfall einer Phasenanschnittsteuerung sollte zur Erreichung optimaler Ergebnisse nur die vom Triac 14 entfernt liegende Spule (siehe Fig. 6) beschaltet werden. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Entstördrosseln 31 und vorhanden. Nicht vorhanden hingegen ist der b-Leiter 4 samt Y-Kondensatoren 6, 7 sowie der Entladewiderstand 9. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ausserdem der Wert des X-Kondensators 5 deutlich verringert. Es wurde festgestellt, dass bei Vorhandensein der (Dämpfungs-) Widerstände 81 bzw. 8 ein Wert von etwa 0,1 pF bis 0,15 2 pF für den X-Kondensator 5 ausreichend ist. Bei Werten 0,1 ijF für den X-Kondensator 5 kann unter Sicherheitsgesichtspunkten auf den Entladewiderstand 9 verzichtet werden. Das Funkstörspannungs-Messdiagramm der Fig. 9, das den Richtlinien von VDE 0875 entspricht, wurde bei einer Entstörungsbeschaltung gemäss Fig. 2 gemessen, wobei also die Entstördrosseln 31' 32 vorhanden, jedoch der b-Leiter 4 2 sowie die Y-Kondensatoren 6, 7 und der Entladewiderstand g nicht vorhanden waren. Der Wert des X-Kondensators betrug C = 0,1 pF. Die Grösse der Dämpfungswiderstände 81 bzw. 82 war einmal zu R = 1 k±t(Kurve B1) und im anderen Fall zu R = 11 k Q(Kurve B2) gewählt. Die für Motornennleistungen N = 700 W massgebliche Grenzkurve bei Funkstörgrad N ist mit 13 gekennzeichnet (vgl. VDE 0875, µ 3.1.1.1 und 3.1.1.3). Die Fig. 3 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Aus führungsform der Erfindung. Die den Statorspulen 21 bzw. 22 parallelgeschalteten Widerstände 81 bzw. 82 sind als Reihenschaltungen mehrerer Teilwiderstände dargestellt. Damit soll - was in Fig. 4 gezeigt ist - verdeutlicht werden, dass die den Statorspulen 21r 22 erfindungsgemäss parallelzuschaltenden Widerstände 81, 82 als galvanisch mit der oder den Statorspulenwicklung(en) gekoppelte, hochohmige leitfähige Teil-Beschichtung 10 verwirklicht sein können. Dies wird in der Praxis dadurch erreicht, dass im Bereich der Wickelköpfe der bereits fertiggewickelten Statorspulen der Draht-Isolationslack partiell entfernt wird, z. B. durch Anschleifen. Anschliessend wird der so behandelte Bereich der Statorspulen-Wickelköpfe mit einer zweckentsprechend gewählten Widerstandslack schicht bestrichen, wodurch einzelne, jedoch nicht notwendigerweise alle, Windungen der Statorspule durch einen entsprechenden hochohmigen Widerstand überbrückt sind und die in Fig. 3 angedeutete Reihenschaltung der einzelnen Teilwiderstände durch den Draht der Statorspule gegeben ist. Durch die Auswahl des Widerstandslacks, die Art des Entfernens der lackisolierung der Statorwickelköpfe sowie durch die Dicke des Schichtauftrags kann die Grösse der Widerstandswerte für die Dämpfungswiderstände 81 bzw. 82 in weiten Grenzen variiert und insbesondere aber auch für die beiden Statorspulen unterschiedlich festgelegt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 fehlen die Drosseln 31' 32 vollständig, ebenso der b-Leiter 4 und die Y-Kondensatoren 6, 7 sowie der Entladewiderstand 9. Trotzdem werden, wie das Funkstörspannungs-Messdiagramm der Fig. 7 erkennen lässt, sehr befriedigende Werte für die unter drückung der Störspannung erreicht. Im Messdiagramm der Fig. 7 verdeutlicht die Kurve A eine Messreihe, bei der die Dämpfungswiderstände 81, 82 in Fig. 3 nicht vorhanden waren. Ersichtlicherwelse werden im kritischen Mittelwellenbereich Störspannungswerte erreicht, die die obere Grenzkurve 13 überschreiten und auch im Kurzwellenbereich treten unerwünscht hohe Störspannungspegel auf. Nach Anbringen der erfindungsgemässen Dämpfungswiderstände 81 82 wurden bei Widerstandswerten von R # 4,7 kn. Störspannungspegel gemäss Kurve B in Fig. 7 gemessen, die im gesamten vorgegebenen Frequenzspektrum von 0, ] bis 30 MHz deutlich unter der oberen Grenzwertkurve 13 liegen und ein sehr befriedigendes Ergebnis erkennen lassen. Der Wert des X-Kondensators 5 betrug C = 0,1 pF. Die Fig 8 gibt - wiederum bei einer Entstörungsbeschaltung gemäss Fig. 3 - die Verhältnisse bei der gleichen Motortype wieder, die auch den Messreihen der Fig. 7 und 9 zugrunde lagen, jedoch bei ungünstigster Schalterstellung einer dem Motor zur Drehzahlregulierung vorgeschalteten Phasenanschnittsteuerung (vgl. auch Fig. 6). Auch in diesem Fall war die Entstörungsanordnung gemäss Fig. 3 vorgesehen, d. h. der b-Leiter 4 (vgl. Fig. 1) sowie die Y-Kondensatoren 6 und 7 und der Entladewiderstand 9 sowie die Drosseln 31 32 waren nicht vorhanden. Bei der ersten Messreihe ohne Dämpfungswiderstände 81, 82 (vgl. Fig 3) ergab sich bei der Funkstörspannungs-Messung die Kurve A, die wiederum im kritischen Mittelwellenbereich deutliche Überschreitungen der zulässigen Störspannungs Grenzwerte (Kurve 13) erkennen lässt. Nach Einsetzen der (des) Dämpfungswiderstände (Dämpfungswiderstands) 8l, 82 bzw. Anbringen der Widerstands-Teiibeschichtung 10 (vgl. Fig. 4) wurden sehr befriedigende Dämpfungswerte gemäss Kurve B in Fig. 8 erreicht. Die Fig. 5 lässt eine ebenfalls für manche Anwendungsfälle besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erkennen, ausgeführt für den Fall, dass nur eine Statorspule beschaltet ist. Diese Figur zeigt von einer Stirnseite her einen Bürsten- oder Kohlehalter 12 in Form eines vor dem Stator sitzenden Rings aus spritzgeformtem Kunststoff mit angeformten Anschlussplatten 141, 142V auf denen in bekannter Weise Kohlehalter 131 bzw. 132 montiert sind. Die Endanschlüsse für eine der Statorspulen sind mit 15 bzw. 16 bezeichnet. Zwischen diesen Spulenendanschlüssen (siehe Fig. 6) erstreckt sich ein biegeformbarer Streifen 1 aus elektrisch leitendem Kunststoff, der vorteilhafterweise flächenintegriert in eine ausgesparte Nut des Kohlehalters 12 eingepasst sein kann. Dieses den Dämpfungswiderstand 8 verwirklichende Teil könnte auch in einer Mehrkomponentenspritzverfahrenstechnik aus leitendem Kunststoff zusammen mit dem übrigen Kohlehalter abgespritzt werden. Dieser Streifen 11 aus elektrisch leitendem Kunststoff stellt den Dämpfungswiderstand 8 dar. Mit dieser Art einer praktischen Verwirklichung der erfindungsgemäss vorgesehenen Dämpfungswiderstände kann vor allem ein sehr individueller nylcic der Entstörungsanordnung auf einfache Weise erreicht werden. Der Streifen 11 aus elektrisch leitfähigem Kunststoff lässt sich hinsichtlich seines Widerstandswerts durch Beschneiden verändern, so dass auf einfache Weise unterschiedliche Widerstandswerte für die rechte bzw. linke Statorspule verwirklicht werden können. Bei voll befriedigender Entstörwirkung lässt sich# die erfindungsgemässe Entstörungsanordnung für Reihenschlussmotoren ersichtlicherweise deutlich preiswerter und fertigungstechnisch günstig verwirklichen.

Claims: Entstörungsanordnung für einen Reihenschlussmotor Patentansprüche 1. Entstörungsanordnung für einen Reihenschlussmotor mit einem die Stromzuführleitungen überbrückenden Störschutzkondensator (X-Kondensator) (5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens zu einer der Feldspulen (2) ein Ohm'scher Widerstand (8) narallelgeschaltet ist. 2. Entstörungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grö Be des (der) der (den) Feldspule(n) (21 22) paraGlel- geschalteten Widerstands (Widerstände) (81t 82) so gewählt ist, dass der Funkstörspannungspegel im Frequenzbereich 0,1 bis 30 MHz deutlich unter eine Grenzwertkurve (13} des für eine vorgegebene aufgenommene Motor leistung zulässigen Störgrads reduziert werden. 3. Entstörungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Störschutzkondensator (5) eine vergleichsweise kleine Kapazität aufweist. 4. Entstörungsanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kapazitätswert des Störschutzkondensators (5) im Bereich von 0,02 bis 0,2 F liegt und vorzugsweise zu etwa 0,05 bis 0,1 #F gewählt ist. 5. Entstörungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der (die)Ohm'sche(n) Widerstand (Widerstände) (81 82) als (eine) galvanisch mit der Feldspulenwicklung gekoppelte hochohmige leitfähige Teil-Beschichtung (10) der Statorspule(n) (2) verwirklicht ist (sind) 6. Entstörungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die hochohmige Teil-Beschichtung (10) als Widerstandslackschicht oder als leitfähige Kunststoffschicht unmittelbar auf einen freiliegenden Aussenabschnitt der fertigen Feldspulenwicklung (2) so aufgebracht ist, dass mehrere zuvor teilweise abisolierte Windungen der Feldspulenwicklung (2) durch elektrisch in Reihe geschaltete Teilwiderstände überbrückt sind. 7. Entstörungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Ohm'sche Widerstand aus einer in den Kohlehalter des Motors integrierten Brücke aus einem elektrisch leitfähigen, relativ hochohmigen Kunststoff (11) be steht, dessen Enden mit den Anschlussenden (15, 16) der Feldspulenwicklung (2) galvanisch verbunden sind.

Inventors: SCHUSTER, HERMANN
Applicants: HILTI AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: H02K11
IPC codes: H02P25, H02K11