JPH11514094A - 直流モータの電機子の温度の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 直流モータ（１）の電機子の温度を検出するための装置では、温度は間接的な手法で温度に依存する電機子抵抗（Ｒ_A）から検出され、その際電機子抵抗は、モータ（１）の端子にその時点で加わる、測定可能な電圧（ＵＢａｔ）とブロッキング電流（ＩＢ_LOCK）との商から求められ、かつその都度の温度と関連付けられる。電機子を流れる電流（Ｉ_A）から求められる電流信号（ＶＩ）は有利には、マイクロコントローラによって制御可能である積分器（５，７）を用いて整合可能な、計算された積分時間によって平均化される。この装置は非常に有利な用途によれば、モータの回転数（Ｎ）および／またはモータの回転数の臨界または関心のある変化を間接的に求めるために使用可能である。回転数は、モータ型式の比例定数（ｋ）を考慮しておけば、式Ｎ＝ｋ・Ｕ_indに示されているように、電機子に誘導される電圧（Ｕ_ind）に比例しており、かつ電機子に誘導される電圧は、モータ端子に加わる電圧（ＵＢａｔ）と、電機子電流および電機子抵抗の積との差から求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 直流モータの電機子の温度の検出装置 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の、直流モータの電機子の温度の検出装 置から出発している。 米国特許第４３０７３２５号明細書から公知の、殊に工具における駆動モータ として使用されている直流モータ用保護回路では、モータは、モータ温度が計算 に基づいて推定されることによって保護される。その際計算は、回転数も、モー タ電流もしくは位相制御の通電角も考慮する。 発明の利点 これに対して本発明の装置は、原理的に異なった、非常に有利な手法を採用す る。直流モータの電機子の温度を検出するために、請求項１の特徴部分を有する 本発明の装置では、温度は温度に依存する電機子抵抗から間接的に検出され、こ の場合電機子抵抗はモータの端子にその時点で生じておりかつ測定可能な電圧と 電機子のブロッキング電流（Blockierstrom）との商として求められ、かつその 都度の温度と関連付けられる。 その他の請求項に記載されている手段によって、請求項１に記載の、直流モー タの電機子の温度を検出す るための装置の有利な実施例および改良例が可能である。 本発明の有利な実施例において、本発明の特別有利な実施形態によれば、ブロ ッキング電流は所定の時点で測定される電機子電流の補外によって求められる。 本発明の、簡単かつ信頼できる実現のために特別有利な形態によれば、電機子 を流れる電流は分路抵抗を介して測定されかつ場合によって増幅されかつＡＤ変 換器を用いて電流信号にデジタル化されるようになっている。 本発明の別の有利でかつ特別な実施例において、電機子を流れる電流から求め られる電流信号は、マイクロコントローラによって制御可能である積分器を用い て整合可能な、計算された積分時間を以て平均化される。 本発明のこの実施形態の非常に有利な実施例によれば、電機子を流れる電流か ら求められる電流信号は複数の転流周期にわたって加算的に積分される。 本発明のこの実施例の有利な改良例において、電機子を流れる電流から求めら れる電流信号の積分は、それがしきい値を上回って時に中断され、求められた値 がデジタル化されかつ記憶され、積分は新たに始められかつこの過程は、整合さ れかつ設定された積分時間が経過終了するまで、続行される。 本発明の有利でかつ現実的な用途によれば、本発明 は、モータの回転数を間接的に求めるためにおよび／またはモータの回転数の臨 界的にまたは関心ある変化を間接的に求めるために非常に効果的に使用可能であ る。 この用途例の特別有利な改良例によれば、回転数は、モータ型式の比例定数を 考慮して、式Ｎ＝ｋ・Ｕ_indで表されるように、電機子に誘導される電圧に比例 しており、かつその際電機子に誘導される電圧は、モータ端子に加わる電圧と、 電機子電流および電機子抵抗の積との差として求められる。 図面 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。その際： 第１図は、転流変動が重畳されているモータ電流の経過を示す波形図であり、 第２図は、本発明の装置を略示するブロック図である。 実施例の説明 本発明によれば、直流モータないし直流モータの電機子に発生する温度が間接 的な手法で求められる。その際温度は、温度に依存する電機子抵抗Ｒ_Aから間接 的に検出される。その際電機子抵抗Ｒ_Aそれ自体は、モータの端子に生じかつ測 定可能な電圧Ｕ_klと、電機子のブロッキング電流ＩＢ_LOCKとの商として求められ かつその都度の温度に関連付けられる。前者は バッテリー、例えば車両のバッテリーに接続した際にバッテリー電圧ＵＢａｔに 相応するものである。以下の説明において、測定される抵抗と対応する温度との 一般に周知の対応関係については詳細に説明しないものとする。 第１図には、モータ電流Ｉの典型的な経過とそれに重畳されている転流変動と が時間軸ｔに関して示されている。電機子電流は電機子インダクタンスによって 制限される。それ故に、投入接続時点に、ブロッキング電流ＩＢＬＯＣＫは流れ ず、τ_mechより著しく小さい電気的な時定数τ_elektrischを有する指数関数的に 上昇する電機子電流が生じる。始動電流ピークは完全なブロッキング電流ＩＢ_{LO CK} に達しない。というのは、モータの電機子は既に回転し始めており、一方で電 気的な時定数τ_elektrischは経過終了しているからである。ブロッキング電流の 、始動電流ピークに対する比は、２つの時定数τ_mechおよびτ_elektrischにだけ 依存しており、従って一定である。 電機子抵抗Ｒ_Aはその都度所望および有利と認められる時点で、比較の目的の ために、殊にその都度モータスタートの開始時に、モータに加わる端子電圧Ｕ_kl もしくは電圧源としてバッテリーが使用されるときはＵＢａｔと、ブロッキング 電流ＩＢ_LOCKとから、スタート後の時点ｔ０でその都度、次式： Ｒ_A＝Ｕ_kl／ＩＢ_LOCK に従って求められる。 第１図のモータ電流の波形図に示されているように、本来指数関数の形におい て経過するモータ電流Ｉ_Aないしそこから結果生じるモータ電流信号に、転流変 動が重畳されている。このいわゆるリップルの振幅は、数多くの用途において関 心ある信号変化のオーダにある。この理由から、このような場合のこの種の転流 リップルは低減されなければならない。このために本発明の特別有利な実施例に よれば、電流信号は、適当な数の転流リップルの時間間隔にわたって平均化され る。 第２図に図示の、本発明の装置の概略的なブロック線図において、１で直流モ ータが示されている。直流モータは２重リレー２を介して、図示の例においては モータの端子に生じる端子電圧Ｕ_klを表している、図示されていない車両バッテ リーの電圧ＵＢａｔか、またはモータ電流を測定するために測定抵抗３、即ち分 路に接続することができる。分路３は一方の側はアース電位ＧＮＤに接続されて おり、一方他方の接続端子は抵抗４を介して演算増幅器５の反転入力側に導かれ ている。これにより、分路３で取り出されかつ電流信号ＶＩに変換されている、 モータ１の測定された電機子電流値が増幅される。演算増幅器５の出力側６はそ の反転入力側−にコンデンサ７を介して帰還結合さ れている。これにより演算増幅器５はコンデンサ７と共に積分器を形成する。演 算増幅器５の非反転入力側＋には、基準電圧Ｕｒｅｆが加わるようになっている 。基準電圧は、ブロッキング電流ＩＢ_LOCKに相応する、電流信号ＶＩの最大振幅 より常に大きいように選択されている。コンデンサ７は、ことにＭＯＳＦＥＴの 形のトランジスタ８によって橋絡することができる。トランジスタ８は、抵抗９ を介して入力側１０から消去パルスによって制御される。これによりコンデンサ ７は消去パルスの発生の際に制御されて短絡されかつ放電される。積分に対する 開始条件は新たに決定されかつ積分は新たに始めることができる。 演算増幅器５の出力側６に現れる、積分されかつ増幅された電流信号ＶＩは図 示されていないＡＤ変換器並びに同様に図示されていないマイクロコントローラ に評価のために供給される。マイクロコントローラは例えば、入力側１０に供給 される消去パルスを積分の制御のために発生する。消去パルスが供給される都度 コンデンサ７は放電されかつこれにより直接続いて、出力側６およびコンデンサ ７における電圧が再び形成される。積分は、マイクロコントローラによって予め 決められる間実施される。その際所定の電圧値に達した際に積分は中断されかつ その都度のデジタル化されて累積された値の累算が、前以て決められた積分時間 の経過終了時に積分器の実現された電圧値まで行われ る。 一般に、実質的に演算増幅器５とコンデンサ７とから形成されて成る積分器の 積分時定数は、モータ１の無負荷回転数の際に積分器の出力制御領域がほぼ利用 されるように調整設定される。回転数が比較的低い場合、積分時定数は大きくな りかつ電機子電流、従って積分すべき電圧信号も同様に大きくなる。これと関連 した過制御を回避するために、上述したように、積分は、所定のしきい値に達し た際に中断される。この時点で、電圧値はＡＤ変換器を用いてデジタル化されか つ経過終了した積分時間は回転数に整合されている全体の積分時間から減算され る。今やコンデンサ７は入力側１０を介してマイクロコントローラから供給され る消去パルスを用いて約１ｍｓの間導通接続されているトランジスタ８を介して 放電されかつ積分が新たにスタートされる。この動作は、全体の積分時間が終了 するまで続けられ、その際上述したように、最後の積分は積分器出力側における 電圧レベルの超過によってではなくて、経過終了した積分時間によって終了する 。 上述した装置は、特別有利な用途によれば、モータ１のその時点の回転数を間 接的に求めるために適している。これによりまた、付加的にまたは択一的に、モ ータ１の回転数Ｎの臨界またはその他の興味ある変化を間接的に求めることがで きる。回転数Ｎに対する尺 度は、電機子に誘導される電圧Ｕ_indである。この電圧Ｕ_indに、それぞれのモー タ型式に対して経験的に予め測定技術的に容易に求めることができる比例定数ｋ を考慮しておけば、回転数Ｎが比例するのである。即ち： Ｎ＝ｋ・Ｕ_ind および Ｕ_ind＝Ｕ_kl−（Ｒ_A・Ｉ_A） が成り立つ。 これまで説明してきた方法によって、マイクロコントローラによって制御され て、固定数の転流リップルにわたって平均化することができるようになる。更に 、積分を複数回中断しかつ個別積分結果を加算することによって、８ビットＡＤ 変換器の値領域を拡大することができる。このことは殊に、搭載電源が９Ｖと１ ５Ｖとの間で変動する可能性がありかつモータの著しい速度変化のために測定の ダイナミック領域が非常に大きいという理由で価値がありかつ有利である。 測定および評価方法のシーケンスおよび制御のために、有利にはマイクロプロ セッサが使用される。電機子電流測定値は有利には、有利にはリングバッファメ モリであるメモリに記憶される。リングバッファメモリにおける最も古い測定値 がその時点の測定値によってオーバライトされる。平均化はバッファメモリにお けるすべての測定値の加算および得られた和の、測定値の数による除算によって 行われる。マイクロコント ローラによって前以て決められた時点で、このようにして平均化された電流およ びその時点の搭載電源電圧が測定される。 測定された値から、殊に効果的に使用されるマイクロコントローラを用いて、 モータないしモータの電機子の温度値がその求められた温度に依存した電機子抵 抗Ｒ_Aから求められる。更に、本発明の特別な用途によれば有利な手法において 、測定された電流および電圧値から、電機子に誘導された電圧Ｕ_indがモータ端 子に加わる電圧ＵＢａｔと、電機子電流Ｉ_Aおよび電機子抵抗Ｒ_Aの積との差とし て求められ、かつそこからその時点の回転数および／または発生した回転数変化 が検出される。 従って、本発明は、直流モータの温度の間接的な検出のためにも、モータの回 転数を間接的に求めるためにも、有利な解決手法を提供するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト クネヒト ドイツ連邦共和国 Ｄ−76473 イフェツ ハイム イム ボーネンミヒェル ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直流モータの電機子の温度の検出装置において、温度が間接的な手法で温度 に依存した電機子抵抗（Ｒ_A）から検出され、この場合該電機子抵抗（Ｒ_A）は、 モータの端子に実時点で加わる、測定可能な電圧（ＵＢａｔ）と、電機子のブロ ッキング電流（ＩＢ_LOCK）との商として求められかつその都度の温度と関連付け られる ことを特徴とする装置。 ２．前記ブロッキング電流（ＩＢ_LOCK）は所定の時点（ｔ０）において測定され る電機子電流（Ｉ_A）の補外によって求められる 請求項１記載の装置。 ３．前記電機子を流れる電流（Ｉ_A）は分路抵抗（３）を介して測定されかつ場 合によって増幅されかつＡＤ変換器を用いて電流信号にデジタル化される 請求項１または２記載の装置。 ４．前記電機子を流れる電流（Ｉ_A）から求められる電流信号（ＶＩ）は、マイ クロコントローラによって制御可能である積分器（５，７）を用いて、整合可能 な、計算された積分時間によって平均化される 請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。 ５．前記電機子を流れる電流（Ｉ_A）から求められる電流信号（ＶＩ）は、複数 の転流周期を介して積分 される 請求項３または４記載の装置。 ６．前記電機子を流れる電流（Ｉ_A）から求められる電流信号（ＶＩ）の積分は 、しきい値を上回った際に中断され、求められた値はデジタル化されかつ記憶さ れ、積分が新たに始められかつこの過程は、整合されかつ設定された積分時間全 体が経過終了するまで続けられる 請求項３，４または５のいずれかに記載の装置。 ７．当該装置は、モータ（１）の回転数（Ｎ）を間接的に求めおよび／またはモ ータ（１）の回転数（Ｎ）の臨界または興味ある変化を間接的に求めるために使 用される 請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 ８．モータ型式の比例定数（ｋ）を考慮しておけば、前記回転数（Ｎ）は電機子 に誘導される電圧（Ｕ_ind）に比例しており、かつ該電機子に誘導される電圧（ Ｕ_ind）は、モータ端子に加わる電圧（ＵＢａｔ）と、前記電機子電流（Ｉ_A）お よび電機子抵抗（Ｒ_A）の積とからの差として求められる 請求項７記載の装置。