JP2004503003A - 電動機を有する調整駆動装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、位置依存性の合計トルクによって動作する電子整流子電動機を有する調整駆動装置に関する。この場合、前記電動機はトルク制御回路および制御区間によって、連続的に上昇するトルク‐時間特性曲線に従って、設定可能なトルク依存性の目標値に調整することができる。調整信号を導出するため、トルク制御回路には目標値の他に電動機のトルク依存性の瞬時値も供給される。トルク制御回路には位置制御回路が後置されており、合計トルクの最大値の間の最小値を迅速かつ確実に通過し、電動機を最大値の領域で停止できるように構成されている。
Description
【０００１】
本発明は、位置依存性の合計トルクによって動作する電子整流子電動機を有する調整駆動装置に関する。この場合の電動機は、トルク制御回路と、連続的に上昇するトルク‐時間特性曲線による制御区間とによって、設定可能なトルク依存性の目標値に調整可能であり、調整信号を導出するためにトルク制御回路へ、この目標値の他に、トルク依存性の電動機瞬時値も供給することができる。
【０００２】
位置に依存するモータトルクを有する電動機の場合、ちょうど相のオーバーラップ領域で、合計トルクの低下が生じる。この低下は、電動機がスイッチトリラクタンスモータとして構成されている場合、ある特定のトルクレベルからは相電流の上昇によって補償することがもはやできなくなる。他の電動機相の場合、モータトルク‐位置特性曲線は最小値および最大値を交代で示し、最大値は、電動機のうち、その都度電流の流れている唯一の相の位置に生じる。
【０００３】
最小値は、電流が流れる２つの連続した相のオーバーラップ領域に存在する。この場合両相には電流が流れているが、これらの相を介して、１つの相によって生じる最大モータトルクよりも合計が小さいモータトルクが形成されてしまう。
【０００４】
電動機ロータの位置が徐々に連続的に変化すると、調整された最終位置で、モータトルク‐位置特性曲線の最小値と停止位置とが一致する。最小値のこの位置からの電動機始動は、負荷トルクが高くて静止摩擦力が大きいと、もはや安全に実行することができなくなる。
【０００５】
さらに、目標トルクが高く、かつ調整過程中にトルクが緩慢に変化する場合、合計トルクの最小値を通過する際に、負荷トルクおよび摩擦が原因で電動機が停止するおそれが生じる。
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電動機を有する調整駆動装置において、負荷トルクが高く、かつ静止摩擦力が大きくても、新たに駆動する際に調整駆動装置のより安全な始動が保証される最終位置が常に得られることを保証することである。
【０００７】
この課題は本発明によれば、次のことによって解決される。すなわち、トルク制御回路が調整信号を目標位置として送出し、この信号を、トルク制御回路に後置された位置制御回路へ供給し、電動機の最大トルクより小さい所定のトルク閾値に到達するまで、目標位置が位置制御回路へ変更せずに供給され、この目標位置が電動機の瞬時位置とともに、制御区間のための調整信号を導出するために使用され、トルク閾値を超えた後目標位置は位置制御回路へ変更目標位置（ｇｅａｅｎｄｅｒｔｅ Ｓｏｌｌｐｏｓｉｔｉｏｎ）として、予め設定された目標位置に到達するまで供給され、前記変更目標位置は、上昇する合計トルクの後続のピーク値の上昇に相応して複数回跳躍的に上昇することによって解決される。
【０００８】
このような付加的な位置調整によって、電動機は常に、トルク‐位置特性曲線の最大値の領域内にあり、かつ後続の再スイッチオン時にはほぼ最大モータトルクで始動される最終位置に移行することができる。したがって、高い負荷トルクと大きな静止摩擦力は確実に克服され、電動機の確実な始動が保証される。
【０００９】
さらに、変更目標位置が跳躍的に変化することにより、所定のトルク閾値から目標値が上昇すると最小合計トルクを迅速かつ確実に通過し、目標値に相応する最終位置に最終的に到達するまで、合計トルクの後続の最大値の次の位置を調整することができる。
【００１０】
この調整駆動装置は、電動機によって操作される自動車の制動において典型的に適用される。この場合の電動機は、高いトルクがもたらされ、かつ制動力が徐々に上昇する動作点から始動される。ブレーキパッドを調整する電動機はこの場合、すでに高くなっている制動対抗トルクに対して、このブレーキパッドを徐々に押して閉鎖する。本発明による調整によって、最終応力を約８％高めることができ、同時に自動車の車載電気系からの電流消費を約１／３減少させることができる。
【００１１】
１つの実施形態では、電動機の最大トルクの約７０％のトルク閾値が選択されている。
【００１２】
トルク閾値を超えた後の変更目標位置のさらなる上昇は、前記変更目標位置が跳躍的に上昇されるたびに、合計トルクの後続の最大値に所属する一定の目標位置に到達するまで、この目標位置の値を保持し、前記目標位置に到達した後再び跳躍的に変更されるように構成されている。
【００１３】
それゆえ変更目標位置は、トルク制御回路の位置信号、所定のトルク閾値およびトルクに依存する目標値の関数である。
【００１４】
有利には調整回路は次のように構成されている。すなわち、トルク制御回路と位置制御回路との間に計算器回路が挿入されており、この計算器回路には、目標位置としてのトルク制御回路の調整信号と目標値とが供給され、計算器回路はこの目標位置および目標値に依存し、かつトルク閾値を考慮して、目標位置を、変更目標位置に換算し、位置制御回路へ供給するように構成されている。
【００１５】
本発明を、図面に概略的に示された実施例に基づいてより詳細に説明する。
【００１６】
図面
図１ 電流が一定である場合の、ロータ角に依存した、４極を有する三相電動機の合計トルクである。
【００１７】
図２ 電動機のトルク‐時間特性曲線である。
【００１８】
図３ トルク制御回路の調整信号としての所属の目標位置を時間に依存して示した図である。
【００１９】
図４ 計算器回路によって時間およびトルクに依存して変更され、かつ位置制御回路へ供給される目標位置を示した図である。
【００２０】
図５ トルク制御器と計算器回路と位置制御回路と制御区間とを有する電動機の調整回路である。
【００２１】
図１は、４極および３相を有するスイッチトリラクタンスモータの、位置依存性のトルク‐位置特性曲線を示している。このモータトポロジーでは、隣接する相Ｐｈ１とＰｈ２との間のオーバーラップ領域における合計トルクＭｓｓ、Ｐｈ３とＰｈ４との間などのオーバーラップ領域における合計トルクが、明らかに低下している。すなわち、ある特定のトルクからは相電流を上昇してももはや補償することのできない最小トルクを示している。他のモータトポロジー、たとえば６極および４相を有するモータ相では、２つの相のオーバーラップ領域における合計トルクは、１つの相にのみ電流が流れる場所で最大トルクおよび最小トルクを示す。このことは、合計トルクによって動作する位置依存性の電動機では必ず起こる。
【００２２】
ここに選択された実施例の場合、最大合計トルクＭｓｓは、位置Ｐ１〜Ｐ４のうち、電流が流れる１つの相にのみ存在する。これらの最大トルクの間には最小トルクが存在し、このことは図１に示されたトルク‐位置特性曲線に示されている。図内に示されたトルク閾値Ｍｓｗは、最大ピークトルクＭ１００％の約７０％になるように選択される。
【００２３】
図２に示されているように、目標値Ｍｓｏｌｌには、連続的に上昇する目標値‐時間特性曲線が割り当てられている。この目標値‐時間特性曲線は、調整駆動の調整動作時の時間的経過、すなわち電動機の駆動の時間的経過を再現している。この場合、時間ｔ１後に所定のトルク閾値Ｍｓｗに到達する。
【００２４】
【外５】
【００２５】
【外６】
【図面の簡単な説明】
【図１】
電流が一定である場合の、ロータ角に依存した、４極を有する三相電動機の合計トルクである。
【図２】
電動機のトルク‐時間特性曲線である。
【図３】
トルク制御回路の調整信号としての所属の目標位置を時間に依存して示した図である。
【図４】
計算器回路によって時間およびトルクに依存して変更され、かつ位置制御回路へ供給される目標位置を示した図である。
【図５】
トルク制御器と計算器回路と位置制御回路と制御区間とを有する電動機の調整回路である。
本発明は、位置依存性の合計トルクによって動作する電子整流子電動機を有する調整駆動装置に関する。この場合の電動機は、トルク制御回路と、連続的に上昇するトルク‐時間特性曲線による制御区間とによって、設定可能なトルク依存性の目標値に調整可能であり、調整信号を導出するためにトルク制御回路へ、この目標値の他に、トルク依存性の電動機瞬時値も供給することができる。
【０００２】
位置に依存するモータトルクを有する電動機の場合、ちょうど相のオーバーラップ領域で、合計トルクの低下が生じる。この低下は、電動機がスイッチトリラクタンスモータとして構成されている場合、ある特定のトルクレベルからは相電流の上昇によって補償することがもはやできなくなる。他の電動機相の場合、モータトルク‐位置特性曲線は最小値および最大値を交代で示し、最大値は、電動機のうち、その都度電流の流れている唯一の相の位置に生じる。
【０００３】
最小値は、電流が流れる２つの連続した相のオーバーラップ領域に存在する。この場合両相には電流が流れているが、これらの相を介して、１つの相によって生じる最大モータトルクよりも合計が小さいモータトルクが形成されてしまう。
【０００４】
電動機ロータの位置が徐々に連続的に変化すると、調整された最終位置で、モータトルク‐位置特性曲線の最小値と停止位置とが一致する。最小値のこの位置からの電動機始動は、負荷トルクが高くて静止摩擦力が大きいと、もはや安全に実行することができなくなる。
【０００５】
さらに、目標トルクが高く、かつ調整過程中にトルクが緩慢に変化する場合、合計トルクの最小値を通過する際に、負荷トルクおよび摩擦が原因で電動機が停止するおそれが生じる。
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電動機を有する調整駆動装置において、負荷トルクが高く、かつ静止摩擦力が大きくても、新たに駆動する際に調整駆動装置のより安全な始動が保証される最終位置が常に得られることを保証することである。
【０００７】
この課題は本発明によれば、次のことによって解決される。すなわち、トルク制御回路が調整信号を目標位置として送出し、この信号を、トルク制御回路に後置された位置制御回路へ供給し、電動機の最大トルクより小さい所定のトルク閾値に到達するまで、目標位置が位置制御回路へ変更せずに供給され、この目標位置が電動機の瞬時位置とともに、制御区間のための調整信号を導出するために使用され、トルク閾値を超えた後目標位置は位置制御回路へ変更目標位置（ｇｅａｅｎｄｅｒｔｅ Ｓｏｌｌｐｏｓｉｔｉｏｎ）として、予め設定された目標位置に到達するまで供給され、前記変更目標位置は、上昇する合計トルクの後続のピーク値の上昇に相応して複数回跳躍的に上昇することによって解決される。
【０００８】
このような付加的な位置調整によって、電動機は常に、トルク‐位置特性曲線の最大値の領域内にあり、かつ後続の再スイッチオン時にはほぼ最大モータトルクで始動される最終位置に移行することができる。したがって、高い負荷トルクと大きな静止摩擦力は確実に克服され、電動機の確実な始動が保証される。
【０００９】
さらに、変更目標位置が跳躍的に変化することにより、所定のトルク閾値から目標値が上昇すると最小合計トルクを迅速かつ確実に通過し、目標値に相応する最終位置に最終的に到達するまで、合計トルクの後続の最大値の次の位置を調整することができる。
【００１０】
この調整駆動装置は、電動機によって操作される自動車の制動において典型的に適用される。この場合の電動機は、高いトルクがもたらされ、かつ制動力が徐々に上昇する動作点から始動される。ブレーキパッドを調整する電動機はこの場合、すでに高くなっている制動対抗トルクに対して、このブレーキパッドを徐々に押して閉鎖する。本発明による調整によって、最終応力を約８％高めることができ、同時に自動車の車載電気系からの電流消費を約１／３減少させることができる。
【００１１】
１つの実施形態では、電動機の最大トルクの約７０％のトルク閾値が選択されている。
【００１２】
トルク閾値を超えた後の変更目標位置のさらなる上昇は、前記変更目標位置が跳躍的に上昇されるたびに、合計トルクの後続の最大値に所属する一定の目標位置に到達するまで、この目標位置の値を保持し、前記目標位置に到達した後再び跳躍的に変更されるように構成されている。
【００１３】
それゆえ変更目標位置は、トルク制御回路の位置信号、所定のトルク閾値およびトルクに依存する目標値の関数である。
【００１４】
有利には調整回路は次のように構成されている。すなわち、トルク制御回路と位置制御回路との間に計算器回路が挿入されており、この計算器回路には、目標位置としてのトルク制御回路の調整信号と目標値とが供給され、計算器回路はこの目標位置および目標値に依存し、かつトルク閾値を考慮して、目標位置を、変更目標位置に換算し、位置制御回路へ供給するように構成されている。
【００１５】
本発明を、図面に概略的に示された実施例に基づいてより詳細に説明する。
【００１６】
図面
図１ 電流が一定である場合の、ロータ角に依存した、４極を有する三相電動機の合計トルクである。
【００１７】
図２ 電動機のトルク‐時間特性曲線である。
【００１８】
図３ トルク制御回路の調整信号としての所属の目標位置を時間に依存して示した図である。
【００１９】
図４ 計算器回路によって時間およびトルクに依存して変更され、かつ位置制御回路へ供給される目標位置を示した図である。
【００２０】
図５ トルク制御器と計算器回路と位置制御回路と制御区間とを有する電動機の調整回路である。
【００２１】
図１は、４極および３相を有するスイッチトリラクタンスモータの、位置依存性のトルク‐位置特性曲線を示している。このモータトポロジーでは、隣接する相Ｐｈ１とＰｈ２との間のオーバーラップ領域における合計トルクＭｓｓ、Ｐｈ３とＰｈ４との間などのオーバーラップ領域における合計トルクが、明らかに低下している。すなわち、ある特定のトルクからは相電流を上昇してももはや補償することのできない最小トルクを示している。他のモータトポロジー、たとえば６極および４相を有するモータ相では、２つの相のオーバーラップ領域における合計トルクは、１つの相にのみ電流が流れる場所で最大トルクおよび最小トルクを示す。このことは、合計トルクによって動作する位置依存性の電動機では必ず起こる。
【００２２】
ここに選択された実施例の場合、最大合計トルクＭｓｓは、位置Ｐ１〜Ｐ４のうち、電流が流れる１つの相にのみ存在する。これらの最大トルクの間には最小トルクが存在し、このことは図１に示されたトルク‐位置特性曲線に示されている。図内に示されたトルク閾値Ｍｓｗは、最大ピークトルクＭ１００％の約７０％になるように選択される。
【００２３】
図２に示されているように、目標値Ｍｓｏｌｌには、連続的に上昇する目標値‐時間特性曲線が割り当てられている。この目標値‐時間特性曲線は、調整駆動の調整動作時の時間的経過、すなわち電動機の駆動の時間的経過を再現している。この場合、時間ｔ１後に所定のトルク閾値Ｍｓｗに到達する。
【００２４】
【外５】
【外６】
【図面の簡単な説明】
【図１】
電流が一定である場合の、ロータ角に依存した、４極を有する三相電動機の合計トルクである。
【図２】
電動機のトルク‐時間特性曲線である。
【図３】
トルク制御回路の調整信号としての所属の目標位置を時間に依存して示した図である。
【図４】
計算器回路によって時間およびトルクに依存して変更され、かつ位置制御回路へ供給される目標位置を示した図である。
【図５】
トルク制御器と計算器回路と位置制御回路と制御区間とを有する電動機の調整回路である。
Claims (5)
- 位置依存性の合計トルクによって動作する電子整流子電動機を有する調整駆動装置であって、
前記電動機はトルク制御回路および制御区間によって、連続的に上昇するトルク‐時間特性曲線に従ってトルク依存性の設定可能な目標値に調整され、
調整信号を導出するため、前記トルク制御回路には前記目標値の他に、電動機のトルク依存性の瞬時値が供給される形式のものにおいて、
前記トルク制御回路（ＲＭ）は目標位置（θｓｏｌｌ）としての前記調整信号を送出し、後置された位置制御回路（ＲＰ）へ供給し、
電動機の最大トルク（Ｍｓｓ）より小さい所定のトルク閾値（Ｍｓｗ）に到達するまで、前記目標位置（θｓｏｌｌ）は位置制御回路（ＲＰ）へ変更されずに供給され、電動機の瞬時位置（θｉｓｔ）とともに、制御区間（Ｓ）のための調整信号（ｕ）を導出するために使用され、
【外１】ことを特徴とする調整駆動装置。 - 前記トルク閾値（Ｍｓｗ）は、前記電動機の最大トルクの約７０％に相応する、請求項１記載の調整駆動装置。
- 【外２】請求項１または２記載の調整駆動装置。
- 【外３】請求項１から３までのいずれか１項記載の調整駆動装置。
- 前記トルク制御回路（ＲＭ）と前記位置制御回路（ＲＰ）との間には計算器回路（ＲＳ）が挿入されており、
前記計算器回路（ＲＳ）には、目標位置（θｓｏｌｌ）としての前記トルク制御回路（ＲＭ）の調整信号と目標値（Ｍｓｏｌｌ）とが供給され、
【外４】請求項１から４までのいずれか１項記載の調整駆動装置。
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| DE19503492A1 (de) | 1995-02-03 | 1996-08-08 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zum Antrieb und Lagebestimmung bei einem Stellsystem |
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| JP4813745B2 (ja) | 2011-11-09 |
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