CN116581937A - 用于操作车辆中的电机的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作车辆中的电机(M)、特别是用于致动顶部构件的电机(M)的装置(10)。电机(M)经由至少两条驱动线路(A，B)与电机控制单元(20)电连接。电机控制单元(20)配置为能够通过脉冲宽度调制的方式控制电机(M)。当电机(M)被控制时，电机控制单元(20)配置为能够将两条驱动线路(A，B)中的第一条作为非有源线路操作，将两条驱动线路(A，B)中的第二条作为有源线路操作。与电机(M)相关联的开关模块(14)配置为能够将电机的磁极壳体的端子(15)与在电机运行期间被作为非有源线路操作的驱动线路(A，B)连接。本发明还涉及电机、以及操作电机、例如用于致动顶部构件的电机的方法。

Description

用于操作车辆中的电机的装置
技术领域
本发明涉及一种用于操作车辆中的电机、例如用于致动顶部构件的电机的装置。
背景技术
直流电机，例如那些用于汽车天窗、车窗调节器和其它装置的电机，通常用脉冲宽度调制(PWM)信号来控制转速。如果控制单元和待控制的电机之间有一定的空间距离，那么PWM信号就必须经由线束传输，根据不同的应用，信号要经过较长的距离并且经过易受电磁干扰的区域。
在这种设置中，为了控制电机，经常使用两根电机线路，必要时辅以传感器信号线。不提供单独的地线。
典型的电机，只要它们被配置为有刷电机，就还会配备用于抑制电刷火的电路。除其它事项外，这种电路相对于磁极壳体的每个连接均具有一个电容器，从而经由电容分压器布置在两个电机线路之间。因此，磁极壳体总是处于PWM信号的一半的电压水平。
由于其大的表面积，磁极壳体可能会将该信号耦合到车辆天线上，对无线电接收造成干扰，特别是在中波范围内造成干扰。
为了减少这种干扰，迄今为止，例如用于抑制电机中电刷火的电容已经减少。然而，减少电机中的电容会导致电刷火的阻尼问题。除此之外，这种方法作为唯一的措施是不够的，因为仍然必须接受这种方式的干扰。
此外，可以使用额外的地线将磁极壳体接地，避免产生解耦辐射。然而，接地线会造成额外的成本，并且需要延长相应连接的连接器引脚。此外，返回的电流可能会造成其它的干扰。
由于在PWM操作过程中，每次只有一条线路是起作用的，因此也有人试图通过将磁极壳体连接到用于操作电机的两条线路中的一条来耦合入反信号，并通过这种方式来抑制干扰。然而，这可能只解决了电机在一个旋转方向上运行时的问题，在另一个旋转方向上效果会被放大。
然而，电磁干扰也可能发生在无刷电机上。
文件DE 10 2017 111 396 B4描述了一种用于主动抑制干扰信号的装置。其中，使用了EMC滤波器，并描述了其装置。
发明内容
本发明的任务是提供一种如上所述类型的装置，它能以低成本实现特别有效的干扰抑制。
这一任务通过如上所述的、包括权利要求1的特征的装置来解决。本发明的有利实施例和其它发展在从属权利要求中指出。
在用于操作电机、例如用于致动顶部构件的电机的装置中，该电机通过至少两条驱动线路与电机控制单元电连接。因此，电机控制单元配置为能够通过脉冲宽度调制来控制电机。当控制电机时，电机控制单元配置为将两条驱动线路中的第一条作为非有源线路操作，将两条驱动线路中的第二条作为有源线路操作。与电机相关联的开关模块配置为将电机的磁极壳体的端子与在电机运行期间被作为非有源线路操作的驱动线路连接。
通过这种方式，可以在不产生电磁干扰的情况下实现对电刷火的抑制。
本发明的一个基本想法是基于这样的事实，即非有源线路被用来实现磁极壳体的接地。这样的线路可以使用，因为电机的适当控制是经由有源线路实现的。这意味着可以实现所产生的系统的有效解耦，而不需要在这方面补充许多其它的元件。因此，本发明可以以一种具有成本效益的方式进行整合，并且不需要对其它的元件进行改变。
因此，本发明的一些优点是指与所使用的控制装置的独立性，仅通过两根有线线缆就可以操作，即不需要额外提供电压或信号，以及可以集成到现有或可用的电机中，而不需要改变各自的电机本身。
在该装置的一个实施例中，电机配置为致动车辆的顶部构件。例如，这样的顶部构件可以配置为移动车顶灯或车顶遮阳板。也可以在车辆中提供用于其它应用领域的相应的电机，例如用于驱动或调整其它构件、例如窗户、尾门/舱门、门或类似构件。
在另一个实施例中，电机可以实施为直流电机。这样的电机可以通过脉冲宽度调制直接驱动。
例如，该直流电机可以是无刷直流电机(BLDC电机)。
特别是，该电机可以是内转子电机。此外，使用外转子电机也是可以想象的。
该直流电机还可以是有刷电机。
在一个实施例中，电机设置有用于抑制电刷火的电路，该电路可以包括例如电容分压器。有利的是，通过这种方式，实现了电机的运行，甚至进一步摆脱了干扰。
用于抑制电刷火的电路例如可以包括电容分压器，其中，相对于磁极壳体的每个端子都具有一个电容器。因此，磁极壳体布置在电容分压器上的两条驱动线路之间，并且总是运行在经由有源线路提供的PWM信号的一半电压水平。
在一个实施例中，开关模块被集成到电机电路板上和/或电机的壳体中。因此，实现了一个优势，即电机的解耦可以在电机的制造中直接解决。也就是说，电机的制造商或其供应商可以提供具有关于解耦的有利特性的电动模块，而不需要在这方面对电机控制单元进行修改。因此，控制单元可以独立使用，不需要考虑需要哪种电机的解耦问题。特别是，根据本发明的电机可以非常灵活地实施，并且与多个电机控制单元兼容。
特别是，开关模块可以包括半导体开关。这有利于根据电机的运行方向并根据有源操作的驱动线路进行快速有效的切换。
在一个实施例中，开关模块包括场效应晶体管(FET)、特别是金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)。在此，特别是为装置的第一和第二驱动线路分别提供第一和第二开关模块。
这些构件允许使用半导体开关的特别紧凑和有效的操作结构。
在另一个实施例中，开关模块包括二极管、特别是具有二极管和电阻的整流器。这样做的好处是，可以很容易地控制半导体开关或类似构件，以获得所需的切换和磁极壳体与非有源线路的连接。
替代地或附加地，也可以提供另外的构件作为开关，特别是用于根据控制信号执行有源切换的开关。其中，还可以提供检测电路，它可以被集成到电机电路板上，并确定哪条驱动线路被作为非有源线路操作，然后也会引起相应的切换。
在一个实施例中，开关模块包括双极晶体管或继电器。
一种用于车辆的电机、例如用于操作车辆的顶部构件的电机，包括用于连接第一和第二驱动线路的至少两个端子。因此，电机可以经由这些端子以脉冲宽度调制的方式被控制。当控制电机时，两条驱动线路中的第一条可以作为非有源线路操作，而两条驱动线路中的第二条可以作为有源线路操作。因此，开关模块与电机相关联，该开关模块配置为将电机的磁极壳体的端子与在电机运行期间被作为非有源线路操作的驱动线路连接。
开关模块可以被集成到电机电路板上，而电机电路板又可以是电机的一个组成部分。
在操作车辆中的电机、例如用于致动顶部构件的电机的方法中，电机通过至少两条驱动线路以脉冲宽度调制的方式被控制。其中，当控制电机时，两条驱动线路中的第一条作为非有源线路操作，两条驱动线路中的第二条作为有源线路操作。开关模块将电机的磁极壳体的端子与在电机运行期间被作为非有源线路操作的驱动线路连接。
该方法特别配置为操作装置和电机。因此，它包括与根据本发明的装置和电机相同的优点。
附图说明
在下文中，将参照附图对本发明进行更详细的解释。图中：
图1示出了该装置的一个实施例；
图2示出了该装置的实施例的详细视图；以及
图3示出了该装置的实施例的其它详细视图。
具体实施方式
参照图1至图3，详细介绍了该装置的一个实施例。
在该实施例中，装置10包括控制单元20。在其它的实施例中，控制单元不需要包括在装置10中，也可以作为外部单元与之连接。
还提供了电机电路板12。
电机M和与之相连的开关模块14被耦接到电机电路板12上。
在本实施例中，电机M配置为有刷电机。
根据其它的实施例，该电机可以配置为无刷直流电机。
电机电路板12还包括端子12a、12b，它们配置为电源端子。这意味着经由端子12a、12b提供电压以用于操作电机M。此外，还可以提供辅助信号，但这些信号在以下描述中并不相关。
在本实施例中，电机电路板、电机M和开关模块14布置在同一壳体内，或者以其它方式布置为彼此集成。在这种情况下，端子12a、12b可以从外部接触，或者可以与外部单元连接。
端子12a、12b分别与两条驱动线路A、B中的一条相连接。
控制单元20通过脉冲宽度调制(PWM)产生用于操作电机M的信号。因此，这些信号通过作为“有源线路”的驱动线路A传输，而另一条驱动线路B在这种情况下被作为“非有源线路”操作。
有源线路和非有源线路的选择分别取决于电机M运行时的旋转方向。相应地被作为非有源线路操作的另一条驱动线路B被连接到地电位，即接地。
在本实施例中，电机M包括用于在运行期间抑制电刷火的电路。根据实施例，该电路包括电容式分压器18，其相对磁极壳体的每个端子都具有电容。该分压器通过磁极壳体端子15与电机的磁极壳体相连。因此，磁极壳体布置在两条驱动线路之间，并被持续保持在PWM信号的一半电压水平。
在一个实施例中，电机配置为无刷直流电机，可以实施其它的电路，这可能导致电磁干扰或抑制这种干扰。
在本实施例的装置10中，提供了开关模块14，以便将磁极壳体与被作为非有源线路操作的驱动线路A、B自动连接。
更笼统地表达，在这方面提供了有源PWM检测器，即检测电路17。检测电路17与驱动线路A、B相连，用于检测哪条驱动线路A、B目前被作为非有源线路操作。根据检测的结果，开关装置、例如半导体开关16被控制以便将磁极壳体端子15与非有源线路连接。
这样的电路在图3的一个具体实施例中示出。由于该电路是对称布置的，所以只在它的一半中提供了附图标记。另一半也是这样布置的，也在图3中示出。
在该实施例中，二极管D1和电容C1共同组成整流器。整流器与第一驱动线路A耦接。在二极管D1和电容C1之间布置有电阻R1，从而起到限制电流的作用。此外，还提供了其它的电阻R2，电容器C1可以经由该电阻进行放电。
在电阻R1和电容C1之间，设置有与布置在第二驱动线路B中的半导体开关T1的栅极输入连接的连接点。
在第一种情况下，在电机M的PWM控制期间，第一驱动线路A作为有源线路操作，半导体开关T1的栅极处于经由驱动线路A提供的电压水平。在正常PWM控制中，该电压水平对应于大概12V。根据其它实施例，也可以设置其它电压水平。
半导体开关T1的晶体管因此被切换到导电状态，磁极壳体端子15因此经由其它的电容C2和其它的电阻R3与驱动线路B连接，其中驱动线路B在这种情况下被作为非有源线路操作。
同时，在这种情况下，磁极壳体端子15和驱动线路A之间的连接被断开，因为在对称布置的分支中，设置在其中的晶体管的栅极在这种情况下没有被提供栅极电压。
在驱动线路B和磁极壳体端子15之间的其它电容器C2的作用是避免可能发生的短时电流。上游电阻器R3用于抑制可能发生的振荡，这些振荡可能在干扰抑制电容器和电源线路之间产生。
附图标记列表
10 装置
12 电机电路板
12a、12b 端子
14 开关模块
15 磁极壳体端子
16 半导体开关
17 检测电路
18 电容式分压器
20 控制单元
A 驱动线路
B 驱动线路
C1、C2 电容
D1 二极管
M 电机
R1、R2、R3 电阻
T1 半导体开关，MOSFET

Claims (10)

1.一种用于操作车辆中的电机(M)、特别是用于致动顶部构件的电机(M)的装置(10)，其中，
所述电机(M)经由至少两条驱动线路(A，B)与电机控制单元(20)电连接；
所述电机控制单元(20)配置为能够通过脉冲宽度调制的方式控制所述电机(M)；
当所述电机(M)被控制时，所述电机控制单元(20)配置为能够将两条驱动线路(A，B)中的第一条作为非有源线路操作，将两条驱动线路(A，B)中的第二条作为有源线路操作；以及
与所述电机(M)相关联的开关模块(14)配置为能够将所述电机(M)的磁极壳体的端子(15)与被作为非有源线路操作的驱动线路(A，B)连接。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，
所述电机(M)配置为用于致动车辆的顶部构件、优选地用于移动车顶灯或车顶挡板。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(10)，其特征在于，
所述电机(M)配置为直流电机、优选地为无刷直流电机。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(10)，其特征在于，
所述电机(M)设置有用于抑制电刷火的电路，所述电路优选地包括电容式分压器(18)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(10)，其特征在于，
所述开关模块(14)被集成在电机电路板(12)中和/或所述电机(M)的壳体中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(10)，其特征在于，
所述开关模块(14)包括场效应晶体管(T1)、优选地是金属氧化物场效应晶体管；优选地为第一和第二驱动线路(A，B)分别提供第一和第二开关模块(14)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(10)，其特征在于，
所述开关模块(14)包括二极管(D1)、优选地是由二极管(D1)和电阻(R1)组成的整流器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(10)，其特征在于，
所述开关模块(14)包括双极晶体管或继电器。
9.一种用于车辆、优选地用于致动顶部构件的电机(M)，包括：
用于连接第一和第二驱动线路(A，B)的至少两个端子，
所述电机(M)配置为能够经由端子以脉冲宽度调制的方式被控制，
当所述电机(M)被控制时，两条驱动线路(A，B)中的第一条能够被作为非有源线路操作，而两条驱动线路(A，B)中的第二条能够被作为有源线路操作，以及
开关模块(14)与所述电机(M)相关联，所述开关模块(14)配置为能够将所述电机(M)的磁极壳体的端子(15)与在所述电机运行期间被作为非有源线路操作的驱动线路(A，B)相连接。
10.一种用于操作车辆中的电机(M)、优选地是用于致动顶部构件的电机(M)的方法，其中，
所述电机(M)经由至少两条驱动线路(A，B)以脉冲宽度调制的方式被控制；
当所述电机(M)被控制时，两条驱动线路(A，B)中的第一条被作为非有源线路操作，而两条驱动线路(A，B)中的第二条被作为有源线路操作；
开关模块(14)将所述电机(M)的磁极壳体的端子(15)与在所述电机(M)运行期间被作为非有源线路操作的驱动线路(A，B)相连接。
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