JPH10510977A - 調整駆動部の過負荷状態を検出する回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気モータ（１０）により駆動される調整駆動部（１０，１１，１２）の過負荷状態を検出する回路装置であり、電気モータ（１０）中を流れる電流の捕捉が行われる。この場合、モータ電流評価部（２９）によりモータ電流の特性量（３６）が求められ、この特性量は特性量比較器（３７）において所定の特性量限界値（３４）と比較され、その結果に応じてスイッチング信号（３９）が送出される。その際、回転数検出部（２８）により求められた調整駆動部（１０，１１，１２）の回転数または速度と回転数限界値（３４）との比較から回転数比較器（３３）により決定されたトリガ信号（３５）が存在しているかぎり、スイッチング信号（３９）がトリガ部（４０）において過負荷信号（４１）として転送される。

Description

【発明の詳細な説明】 調整駆動部の過負荷状態を検出する回路装置 従来の技術 本発明は、電気モータにより駆動される調整駆動部の過負荷状態を検出するた めの請求項１の上位概念に記載の回路装置に関する。 ドイツ連邦共和国特許出願第２８２０３３０号明細書から、調整駆動部の電気 モータ中を流れるスタティックなモータ電流も、モータ電流の時間的な変化も、 過負荷信号を求める際に考慮するようにした回路装置が知られている。モータ電 流は、調整駆動部に生じる力に対する尺度を表す調整駆動部の特性量である。公 知の回路装置はたとえば、車両に設けられた電気的なウィンドウ開閉駆動部にお いて用いられ、そのような場合、調整力または調整に必要なトルクを、ウィンド ウ開閉駆動部が確実に動作するよう定める必要があるとともに、乗員がけがをす る危険性があるためそれに対し制限も加えなければならない。さて、今日使用さ れている調整駆動部用の電気モータはコスト的な理由からその性能限界まで利用 し尽くされているが、その場合、大きなモータ電流を必要とする通常動作状態の 生じる可能性があり、公知の回路装置ではこのような大きなモータ電流により過 負荷信号の不必要なトリガ が引き起こされてしまう。 したがって本発明の課題は、電気モータにより駆動される調整駆動部の過負荷 状態を信頼性を伴って検出するようにした回路装置を提供することにある。 本発明によればこの課題は、請求項１の上位概念に記載の特徴により解決され る。 発明の利点 本発明による回路装置の有する利点は、モータ電流から導出される特性量に対 し高い限界値を設定できることである。このような高い特性量限界値によって、 調整駆動部はそれにより調整すべき被調整部材の位置を迅速に変化させることが できるようになり、このことはたとえば電気モータを停止させたりあるいはその 駆動方向を逆転させたりする過負荷信号を送出させることなく行える。本発明に よれば、調整駆動部の回転数が算入される。そして回転数検出部により、調整駆 動部内で生じた回転数に対する尺度が供給されて、これが比較器において所定の 回転数限界値と比較される。その際、限界値超過によりトリガ信号が送出される 。モータ電流から求められた特性量と特性量限界値との比較により場合によって 生じるスイッチング信号が存在していれば、この信号はトリガ部において上記の トリガ信号により過負荷信号として転送される。したがって、モータ電流から導 出された特性量が特性量限界値を越えても、同時に調整駆動部における回転数が 回転数限界値を下回る値まで低下しているときだけしか、過負荷信号の送出は行 われない。 本発明による回路装置により、電気モータの熱的な過負荷が確実に防止される 。このような熱的な負荷は殊に大きなモータ電流で僅かなモータ回転数のときに 生じる可能性があり、そのような場合、電機子の回転運動による十分な冷却はも はや保証されなくなっている。たとえば本発明による回路装置によって、回転数 レベルの著しい低下というかたちで現れる電気モータにおける著しいブロック状 態の検出が可能となる。 過負荷信号は電気モータを遮断するために利用できる。同様に過負荷信号によ って電気モータを逆転させることもでき、この場合、遮断と逆転の区別は、調整 駆動部により調整されるべき部材のとっている位置に依存して決定される。 従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。 モータ電流の特性量としてモータ電流の絶対レベルを用いるのがよい。さらに モータ電流の特性量として、モータ電流の時間および位置に関する変化を利用で きる。時間的な変化は微分器において求められるし、位置に関する変化はたとえ ば、所定の値だけ位置が変化したときに生じる差として求められる。別の有利な 実施形態によれば、特性量を求める際にモータ電流の絶対レベルおよび／または 時間的変化および／または 位置に関する変化が考慮されるように構成されている。 有利な実施形態によれば、調整駆動部における回転数がモータ電流のリプルか ら求められるように構成されている。たとえばホールセンサのような別個のセン サを用いて同様に回転数を捕捉することもできるが、このことに比べて上記の手 段は安価に実現できるという利点を有している。それというのは、モータ電流か ら導出された特性量を求めるためにいずれにせよモータ電流を捕捉する必要があ るからである。 電気モータの制御部内に、モータ電流の流れる少なくとも１つの半導体電力素 子が設けられていれば、この半導体電力素子のところで生じる電圧降下を介して モータ電流を求めるのが有利である。 別の有利な実施形態によれば、所定の２つの限界値のうち少なくとも１つが、 調整駆動部により調整されるべき部材の位置に依存するように構成されている。 この構成によって、過負荷状態の検出が調整駆動部の特性条件に整合されるよう になる。調整駆動部により調整されるべき部材の位置を、回転数と同様にモータ 電流のリプルから求めるのが有利である。モータ電流のリプルはアップダウンカ ウンタの制御に利用でき、その際、このカウンタの出力信号が被調整部材の位置 に対する尺度となる。 本発明による回路装置は、たとえば車両内に設けら れた調整駆動部での使用に適している。今日、そのような適用事例では、電気モ ータは負荷の限界まで利用される。したがってそのような適用事例においていは 、過負荷状態検出時の信頼性はきわめて重要である。 本発明による回路装置のその他の有利な実施形態は、従属請求項ならびに以下 の説明に示されている。 図面 図１には、電気モータによる駆動される調整駆動部における過負荷状態を検出 するための本発明による回路装置のブロック回路図が示されている。 図１には電気モータ１０が示されており、これは機械的な結合部１１を介して 被調整部材１２を駆動する。被調整部材１２は様々な位置Ｐ_Mをとることができ 、このことは図中にポジションスケールとして示されている。電気モータ１０は 第１および第２の切換スイッチ１３，１４を介して、ここには詳しくは示されて いないエネルギー源の第１および第２の端子１５，１６と接続可能である。第１ の切換スイッチ１３により、電気モータ１０の第１の端子１７が第１の端子１５ または第２の端子１６と接続される。また、第２の切換スイッチ１４により、電 気モータ１０の第２の端子１８がやはり第１の端子１５または第２の端子１６と 接続される。これらの切換スイッチ１３，１４から第２の端子１６へ至るライン １９中にスイッチング素子２０が配置されており、そこにおいて電圧降下Ｕが生 じる。 これら両切換スイッチ１３，１４もスイッチング素子２０も、制御装置２４か ら供給される制御信号２１，２２，２３により操作される。この制御装置２４に は優先回路２５が設けられている。また、制御装置２４へはポジショニング信号 ２６が供給される。 切換スイッチ１３，１４からスイッチング素子２０へ至るライン１９における タップ２７は、回転数検出部２８ともモータ電流評価部２９とも接続されている 。タップ２７と回転数検出部２８との間には、コンデンサ３０と信号準備処理部 ３１が直列に接続されている。 回転数検出部２８は出力信号３２を回転数比較器３３へ送出し、この回転数比 較器により出力信号３２が回転数限界値３４と比較されて、その信号が限界値を 超えていればトリガ信号３５が送出される。 モータ電流評価部２９は、モータ電流から求められた特性量３６を出力信号と して特性量比較器３７へ送出し、この特性量比較器により特性量３６が特性量限 界値３８と比較されて、特性量が限界値を超えていればスイッチング信号３９が 送出される。 このスイッチング信号３９は、同時にトリガ信号３５も存在するときにトリガ 部４０により過負荷信号４１として転送される。さらに過負荷信号４１は優先回 路２４へ導かれる。 信号準備処理部３１の出力信号から、位置検出部４２において被調整部材１２ の位置Ｐ_Mが求められる。さらに位置検出部４２はポジショニング信号２６から 、電気モータ１０の回転方向に関する情報を受け取る。位置検出部４２は、被調 整部材１２の位置Ｐ_Mに対する尺度として位置信号Ｐ_Eを送出する。位置信号Ｐ_E はモータ電流評価部２９へ供給され、さらに限界値３４，３８を制御する。 電気モータ１０により駆動される調整駆動部の過負荷状態を検出するための本 発明による回路装置の動作は以下の通りである： 電気モータ１０と機械的な結合部１１は調整駆動部１０，１１，１２の構成部 分であり、これは被調整部材１２を様々な位置Ｐ_Mへ動かすために設けられてい る。機械的な結合部１１はたとえば、旋回運動により往復運動を生じさせる伝動 および変換装置に対応する。また、電気モータ１０は両方の回転方向で駆動可能 である。両方の方向の設定は２つの切換スイッチ１３，１４を相応に制御するこ とにより行われ、これらの切換スイッチによって電気モータ１０における２つの 端子１７，１８が、詳細には示されていないエネルギー源の２つの端子１５，１ ６とそれぞれ接続される。 切換スイッチ１３，１４の切換位置は、ポジショニング信号２６に応じて制御 装置２４により設定され、制御信号２１，２２によって両方の切換スイッチ１３ ，１４へ伝えられる。ポジショニング信号２６にはたとえば開閉命令、左回転な いし右回転命令または連続的な位置設定に関する命令を含ませることができる。 図示の実施例は、被調整部材１２の位置Ｐ_Mに関する通報が制御装置２４へ戻さ れない開ループ制御に合わせられたものである。閉ループの位置制御のために、 位置信号Ｐ_Eを制御装置２４へ戻して通報するよう拡張することができる。 直流モータと直流エネルギー源を用いた場合、電気モータ１０の両方の回転方 向は、切換スイッチ１３．１４による極性の切り換えにより行われる。一方の方 向での電気モータ１０の回転は、第１の切換スイッチ１３を介して第１のモータ 端子１７をエネルギー源の第１の端子１５と接続し、第２の切換スイッチ１４を 介して第２のモータ端子１８をエネルギー源の第２の端子１６と接続することに より行われる。回転方向を転換する場合、制御信号２１，２２によって切換スイ ッチ１３，１４がそれぞれ他方の位置へ切り換えられ、その結果、第１のモータ 端子１７は第１の切換スイッチ１３を介してエネルギー源の第２の端子１６と接 続され、第２のモータ端子１８は第２の切換スイッチ１４を介してエネルギー源 の第１の端子１５と接続されるようになる。 電気モータ１０の停止は、両方のモータ端子１７，１８をエネルギー源の第１ の端子１５または第２の端 子１６と接続することにより行える。こうすることで電気モータ１０はそのつど 短絡状態になる。さらに電気モータ１０の遮断を、両方の切換スイッチ１３，１ ４のうち少なくとも一方が、エネルギー源の第１の端子１５へも第２の端子１６ へも導かれない別の切換接接点を有するようにして行うことができる。切換スイ ッチ１３，１４の位置とは無関係に、スイッチング素子２０を介して電気モータ １０をオン／オフすることができる。したがってスイッチング素子２０によって 、切換スイッチ１３，１４の位置にかかわらず電気モータ１０を遮断する別の可 能性が得られる。スイッチング素子２０は、ポジショニング信号２６に応じて制 御装置２４により定められるスイッチング信号２３により操作される。 スイッチング素子２０はたとえば半導体電力素子であり、たとえばＭＯＳＦＥ Ｔとして実現されたトランジスタであるとよい。 電気モータ１０と機械的な結合部１１と被調整部材１２を含む調整駆動部の過 負荷状態は、たとえば滑らかに動かないとき、機械的な制限ストッパに達したと き、あるいは物体や乗員の体の一部分が挟み込まれたときに発生する。このよう な過負荷状態の検出は、電気モータ１０を流れる電流の評価により行われる。電 気モータ１０を流れる電流は少なくとも近似的に、電気モータ１０により供給さ れるトルクに対する尺度で ある。その際にたとえば、電気モータ１０の補正に利用できる電気モータ１０の 温度を捕捉することで、精度を高めることができる。したがって電気モータ１０ を流れる電流は、被調整部材１２を動かす調整力または調整トルクに対する尺度 でもある。 モータ電流を捕捉するためにはたとえば、電流に伴う磁界を捕捉するセンサが 適している。この種のセンサはたとえばホール効果センサ、磁気抵抗素子または 誘導センサである。これらのセンサの利点は、電流を案内するラインに手を加え る必要のないことである。この実施例では、抵抗のところで生じる電圧降下に基 づきモータ電流を表す信号電圧を供給する電流センサが示されている。この種の センサはたとえば、予期される高いモータ電流に関して低い値を示すようにした 抵抗である。この実施例は、スイッチング素子２０において生じる電圧降下Ｕを 捕捉しようとするものである。このような電流捕捉の有する利点とは、別個のセ ンサを省略できることである。この場合、スイッチング素子２０は、導通状態で 低抵抗の電力ＭＯＳＦＥＴであるとよい。電圧降下Ｕと電界効果トランジスタ中 を流れる電流との関係は、意図する適用事例については十分な直線性をもつ。必 要に応じて電子的な補正を行うことができる。 電圧降下Ｕはタップ２７のところでライン１９から出力結合され、モータ電流 評価部２９へも回転数検出 部２８へも導かれる。 モータ電流評価部２９はモータ電流の特性量を求め、その際にたとえば、モー タ電流の絶対レベルおよび／またはモータ電流の時間的変化および／またはモー タ電流の位置に関連する変化を考慮することができる。さらに必要に応じて、絶 対的なモータ電流レベルに求められた変化値のうちの１つを加えるようにするこ ともできる。変化を求めるにあたり、時間または位置に応じて１次または高次の 導関数を考慮することができる。 モータ電流評価部２９において求められた特性量３６は、特性量比較器３７に おいて特性量限界値３８と比較される。特性量限界値３８は、たとえばまえもっ て与えられた一定の数値とすることができる。特性量限界値３８を、２つの端子 １５，１６を介して電気モータ１０を接続可能な図示されていないエネルギー源 の電圧に依存させるのが有利である。また、特性量限界値３８を、被調整部材１ ２の位置Ｐ_Mに依存させるのが有利である。この場合、位置信号Ｐ_Eによって制御 が行われる。そしてこの措置により、場合によっては調整力の増加を必要とする 被調整部材１２の位置Ｐ_Mまたは位置領域が、特性量限界値３８の設定にあたり 考慮される。特性量３６が特性量限界値３８を上回ることで閾値超過が発生した 場合、特性量比較器３７によりスイッチング信号３９がトリガ部４０へ送出さ れる。 実際の回路装置においては、過負荷状態ないしは挟み込みを検出するための広 範囲にわたる評価アルゴリズムを設けることができる。この点で、特性量３６と 限界値３８との既述の比較は、過負荷信号４１を得るための著しく簡単な実施例 としてみなすことができる。 回転数検出部２８は、モータ電流のリプルから図示の実施例における調整駆動 部１０，１１，１２の回転数を求める。モータ電流中のリプルは電気モータ１０ における転流過程により引き起こされ、したがってこれは電気モータ１０の構造 に左右されるものである。電気モータ１０回転中の波の個数は構造によって決ま っている。 それゆえ電気モータのリプルを評価することによって、電気モータ１０の回転 数に対する少なくとも１つの尺度を求めることができるようになるだけでなく、 インクリメントプロセスを伴う被調整部材１２の位置Ｐ_Mも同様に求めることが できるようになる。個々の波の個数は、位置検出部４２内に設けられているアッ プダウンカウンタによって計数される。位置検出部４２はポジショニング信号２ ６によって、駆動方向に関する情報を受け取る。図１に詳細には示されていない 基準マークにより位置検出部４２における較正を行うことができ、この基準マー クは調整駆動部１０，１１ ，１２または被調整部材１２に配置されているものである。これとは別の較正手 段として、所定の位置Ｐ_Mに到達し位置検出部４２内に設けられているカウンタ をそれに応じてセットすることが挙げられる。また、たとえば被調整部材１２を 機械的な制限ストッパへ向かって動かすことができ、その際、スイッチング信号 ３９の発生によりその到達が表示される。そしてこのスイッチング信号３９によ り、位置検出部４２内に設けられているカウンタをたとえば計数状態ゼロにセッ トすることができる。 モータ電流におけるリプルの評価は、信号準備処理部３１において準備される 。信号の流れ方向において信号準備処理部３１の前に書き込まれているコンデン サ３０によって、タップ２７のところで生じる電圧降下Ｕのうち交流成分だけを 必要とすることが表されている。信号準備処理部３１はたとえば増幅器回路と有 利には信号フィルタ回路を有しており、これによって重畳された高周波信号成分 および低周波信号成分がモータ電流のリプルから取り除かれる。信号準備処理部 ３１が出力側に信号成形部を有していると有利であり、この信号成形部は正弦波 に類似したモータ電流の信号成分から矩形信号を形成し、この信号はそのまま位 置検出部４２内に設けられているカウンタのためのスイッチング信号として利用 できる。この矩形信号は同様に回転数検出部２８において、各レベル変化間の時 間を求めることにより簡単に評価して出力信号３２に変換することができ、この 出力信号は調整駆動部１０，１１，１２において生じる回転数に対する尺度とな る。同様に出力信号３２は、被調整部材１２または調整駆動部１０，１１，１２ 内の他の部分の速度に対する尺度ともなる。それゆえ、回転数に関連する値は速 度に関連する値とみなすこともできる。出力信号３２は、回転数比較器３３にお いて回転数限界値３４と比較される。特性量限界値３８と同じく回転数限界値３ ４も、まえもって定められた一定の数値または有利には他の量に依存する値とす ることができる。また、動作電圧に依存させるほかに、位置信号Ｐ_Eによる被調 整部材１２の位置Ｐ_Mにも依存させるのがよい。出力信号３２が回転数限界値３ ４を下回ることで限界値を越えると、回転数比較器３３はトリガ信号３５を送出 する。 トリガ信号３５の発生は、トリガ部４０においてスイッチング信号３９を通過 させるための前提条件であり、この信号はトリガ信号３５が存在するときに過負 荷信号４１として送出される。 この過負荷信号４１は様々なやり方で利用できる。この場合、光学的および／ または音響的なアラームを送出させるほかに、電気モータ１０の遮断を行うのが よい。たとえば被調整部材１２の位置Ｐ_Mに依存させることのできる他の措置に よって、電気モータ１０の 回転方向転換が行われる。所定の時間または所定の調整変位に制限することので きる逆転によって、たとえば挟み込まれた物体や乗員の体の一部を解放すること ができる。この目的で過負荷信号４１は実施例で示した優先回路２５へ導かれ、 この優先回路により制御装置２４に対し優先的に割り込みがただちに行われる。 このような優先は、制御信号２１，２２，２３が優先回路２５により決定され、 もはやポジショニング信号２６によっては決定されないものとみなすことができ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．モータ電流における少なくとも１つの特性量を求めるモータ電流評価部と、 求められた特性量を少なくとも１つの特性量限界値と比較し限界値超過に依存し てスイッチング信号を送出する特性量比較器とが設けられている、電気モータに より駆動される調整駆動部の過負荷状態を検出する回路装置において、 調整駆動部（１０，１１，１２）における回転数または速度に対する尺度（ ３２）を供給する回転数検出部（２８）と、 前記尺度（３２）を回転数限界値（３４）と比較し限界値超過時にトリガ信 号（３５）を送出する回転数比較器（３３）と、 前記トリガ信号（３５）が生じたときにスイッチング信号（３９）を過負荷 信号（４１）として送出するトリガ部（４０）が設けられていることを特徴とす る、 電気モータにより駆動される調整駆動部の過負荷状態を検出する回路装置。 ２．モータ電流の特性量（３６）においてモータ電流の絶対値が考慮される、請 求項１記載の回路装置。 ３．モータ電流の特性量（３６）においてモータ電流の時間的変化が考慮される 、請求項１記載の回路装 置。 ４．モータ電流の特性量（３６）において位置に関連するモータ電流の変化が考 慮される、請求項１記載の回路装置。 ５．特性量（３６）を求めるときにモータ電流の絶対レベルとモータ電流変化が 考慮される、請求項２〜４のいずれか１項記載の回路装置。 ６．調整駆動部（１０，１１，１２）における回転数または速度は、電気モータ （１０）中を流れる電流のリプルから導出される、請求項１記載の回路装置。 ７．電気モータ（１０）中を流れる電流はトランジスタ（２０）における電圧降 下（Ｕ）を介して捕捉される、請求項１記載の回路装置。 ８．少なくとも１つの限界値（３４，３８）は被調整部材（１２）の位置（Ｐ_M ）に依存する、請求項１記載の回路装置。 ９．電気モータ（１０）中を流れる電流のリプルから検出を行う増分位置検出部 （４２）が設けられている、請求項８記載の回路装置。 10．調整駆動部（１０，１１，１２）が車両において用いられる、請求項１記載 の回路装置。