CN1170479A - 检测变速驱动中的过载状态的电路 - Google Patents
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Abstract
一种检测由电机(10)驱动的变速驱动装置(10,11,12)的过载状态的电路,用于求出流过电机(10)的电流。其中的电机电流求值器(29)求出电机电流的特征值(36),将其在特征值比较器(37)内与一预定的特征临界值(34)相比较,并根据比较结果发出控制信号(39)。该控制信号(39)在释放装置(40)中作为过载信号(41)进一步传导,转速比较器(33)用从转数检测器(28)中得出的、在变速驱动(10,11,12)中体现的转数或速度与转速临界值(34)相比较的结果确定释放信号(35)。本发明的电路尤其适用于防止电机(10)发生过载。
Description
本发明涉及一种由独立权利要求所述的检测由电机驱动的变速驱动的过载状态的电路。DE 2820330中公开了一种电路，它不仅根据流过变速驱动电机的稳定的电流，而且根据随时间变化的电机电流检测过载信号。这个电机电流是变速驱动的特征值，它为在变速驱动中产生的力提供一个度量标准。这种已有的电路例如可用于汽车内安装的电动车窗玻璃升降器，在设计中，一方面要考虑为可靠运行车窗玻璃升降器所需的足够的调节力或变速所必需的转矩，另一方面又要考虑为保证人身安全应限制所述调节力不能过大。在迄今为止所用的变速驱动的电机中，出于价格适中和限制其有效功率的考虑，一般允许工作在这样的工作状态，即要求在大电机电流状态下运行，这样大的电流会在上述已有电路中导致过载信号的错误报告。
本发明的目的在于提供一种能可靠地检测由电机驱动的变速驱动中过载状态的电路。
以上发明目的是通过独立权利要求中所述的技术方案所实现的。
本发明的电路具有的优越性体现在为电机电流的特征值提供了较高的临界值。这个高的特征上限值使得当要调速的部件在变速驱动中某个位置的突然变化不会引发一个过载信号，这种情况是指例如电机停车或其转动方向换向。在本发明中将变速驱动的转数作为参考因素。预先设定变速驱动转数的临界值，将在变速驱动过程中产生的转数的实测值在一个比较器内与上述预定转数临界值相比较。当超过临界值时，产生一释放信号。将由电机电流测知的特征值与特征上限值比较后产生的当前的电路控制信号在一次释放过程中通过该释放信号作为过载信号传递。当由电机电流得到的特征值超过特征上限值时，释放这个过载信号，同时在变速驱动期间产生的转数下降到转数临界值以下的某个值。
本发明的电路能可靠地防止电机在具有高电流和小转数的状态下出现热过载现象，在这种电流大和转数小的情况下，仅通过电枢的转动已不能保证电机所需的冷却。特别是本发明的电路能够识别电机的制动状态并予以标记，这种状态由转数等级的明显下降显示出来。
过载信号可以用于使电机制动。类似地，过载信号可使电机换向。根据位置的不同来确定制动和换向之间的区别，这个位置指要调速部件变速驱动时所在的位置。
本发明电路的其他进一步措施和设计方案体现在从属权利要求的内容中。
电机电流的特征值最好取电机电流的绝对值。而且电机电流的特征值不仅是与时间有关的变量，而且是与位置有关的变量。时间变量可从微分器中求出，与地点有关的变量最好按与预定值产生的位置变动差计算。另一个可采纳的方案是在确定特征值时，不仅考虑电机电流的绝对值大小，还/或考虑时间上的和/或位置有关的变动量。
这里建议在确定变速驱动中所产生的转数时要考虑电机电流的脉动性能。这种方法的优点是价格合理，因为与通过多个分离的传感器，例如配有霍耳传感器测出转数相比，只根据由电机电流得出的特征值测出电机电流即可。
在电机控制回路中至少装有一个半导体功率器件，电机电流在其中流过，于是有利地通过测出在这个半导体功率器件上产生的电压降，可得到电机电流值。
另一种方案是这两个预定的临界值中至少一个与要调速部件在变驱动中的位置有关。采用这种方法，过载状态的检测要与变速驱动的实际现状相适配。要调速部件在变速驱动中的位置如同转数一样是通过电机电流的脉动性能确定的。利用电机电流的脉动性能够控制所产生的正转-反转计数器，计数器的输出信号用作要调速部件位置的参数。
本发明的电路装置可用于变速驱动领域，有利地用于汽车内的变速系统。在此应用中利用了电机的临界承载能力，为了可靠地识别出电机的过载状态，这种电路的应用是必不可少的。
本发明电路的其他优选改进和设计方案将在从属权利要求和以下的说明书中进一步说明。
下面用唯一的一幅电路方框图来说明检测由电机驱动的变速驱动的过载状态的本发明的电路装置。
图中的电机10经由一个机械联接器11驱动一个待变速的部件12.这个待变速的部件12可以处于不同的位置PM上，在图中用一个位置坐标来表示。电机10通过第一和第二转换开关13，14与一个图中未详示出的电源的第一和第二连接端15、16相连接。第一转换开关13使电机10的第一连接端17或者与第一连接端15连接，或者与第二连接端16连接。第二转换开关14使电机10的第二连接端18或者与第一连接端15连接，或者与第二连接端16连接。在连接转换开关13、14和第二连接器16的导线19上装有一控制元件20，其上存在一电压降U。
这两个转换开关13，14和控制元件20都由控制器24所提供的控制信号21、22、23来操纵。控制器24中包含一优先电路25。位置信号25输入给该控制器24。
节点27位于转换开关13、14到控制元件20的连接线19上，它不仅与转数检测器28连接，而且与电机电流求值器29相连接。在节点27和转数检测器28之间串连连接有电容器30和信号处理器3 1。
转数检测器28提供一输出信号32给转数比较器33，后者将这个输出信号32与转数临界值34相比较，当出现超过临界值的情况时，比较器发出一个释放信号35。
电机电流求值器29将由电机电流中求得的特征值36作为输出信号提供给特征值比较器37，后者将这个特征值36与特征值临界值38比较，当出现超过临界值的情况时，比较器发出一个控制信号39。
释放装置40将这个控制信号39作为过载信号传送，同时附上释放信号35。过载信号41输送到优先电路25。
位置检测器42根据信号处理器31的输出信号测出要调速部件12的位置PM。这个关于电机10的转向的信息中包含根据位置信号26进行的位置计算。位置检测器42输出位置信号PE作为要调速件12位置PM的量化值。这个位置信号PE提供给电机电流求值器29，并影响两个临界值34，38。
用于检测在由电机10驱动的变速驱动中出现的过载状态的本发明的电路装置的工作原理如下：
电机10和机械联接器11作为变速驱动10、11、12的组成部分，用于将要变速的部件12带入不同的位置PM。机械联接器11包括例如一个传动装置和一个转换设备，它将旋转运动转变成来回往复运动。电机10可在两个方向上转动运行。这两个旋转方向的确定是由两个转换开关13、14控制实现的，这两个转换开关连接电机10的两个连接器17，18，其另一端与图中未详示出的电源相连接。
转换开关13、14的开关位置根据控制电路24所接收的位置信号26确定，并且通过控制信号21、22分别操作这两个转换开关13、14。这个位置信号26可以包含一个开-关命令，一个左旋-右旋命令或一个关于连续的位置优先的命令。在图中所示的实施例中，为了实现控制，控制电路24没有接收要变速件12的位置PM的应答信号，而是通过向控制电路24输入反馈的位置信号PE实现位置调节的扩展。
在使用直流电机和直流电源的情况下，通过转换开关13，14的极性转换实现电机10的换向。电机10在某一方向的旋转的实现与接线有关，第一电机接线端17经过第一转换开关13与电源的第一端子15连接，及第二电机接线端18经过第二转换开关14与电源的第二端子16连接。在一次转动方向变换时，转换开关13、14受控制信号21、22控制各转换到另一开关位置，使第一电机接线端17经由第一转换开关13与电源的第二端子16相接，及第二电机接线端18经由第二转换开关14与电源的第一端子15相接。
电机10的停车可这样实现，将两个电机连接线17，18或与电源的第一端子15相连，或与电源的第二端子16相连。电机10这样连接后均实现短接。电机10的停转还可这样实现，在两个转换开关13、14中至少一个带有另一个开关触点，它既不与电源的第一端子15连接，也不与电源的第二端子16连接。电机10由控制元件20控制运转和停转，而与转换开关13、14的位置无关。控制元件20的又一作用是使电机10停转，此时电机的操作与转换开关13、14的位置无关。控制元件20接收控制信号23，这个信号是由控制电路24确定的，它与位置信号26有关。
控制元件20可以是半导体功率器件，例如晶体管，最好是MOSFET。
电动机10的过载状态，包括机械联接器11和带有要调速件12的变速驱动的过载，由于物体或人体的压紧作用出现例如在重行驶速度(SchwergngigKeitt)时，挂到终端档处。通过求出流过电机10的电流来检测出这种过载状态的存在。而流过电机10的电流至少是电机10所产生的转矩的近似标准。如果监测电机10的温度，可提高检测精确度，它可用于修正求出的电机电流值。因此流过电机的电流同样是可用于观察要调速件12运动的变速力或变速转矩的标准。
关于电机电流的检测，最适合的是采用传感器测出由电流感生的磁场。这种传感器例如是霍耳效应传感器，抗磁性器件或感应式传感器。这种传感器的优点是对导通电流的线路没有干扰。图中的实施例中包含一个传感器，它根据在一个电阻上产生的压降提供一个代表电机电流的信号电压。这个传感器例如是个欧姆电阻，它遇到估计的大电流时应具有较小的值。在本实施例中，传感器测出在控制元件20上出现的电压降U。这个电流实测值可以省去又一个传感器。这个控制元件20最好是一个在导通状态时呈现低电阻值的大功率MOSFET晶体管。在压降U和流过场效应晶体管的电流之间的关系基本上是线性的，必要时可通过电子电路予以修正。
电压降U由导线19的节点27上输出，提供给电机电流求值器29或转数检测器28。
电机电流求值器29求出电机电流的特征值，例如它综合考虑了电机电流的绝对值和/或电机电流的时间变化和/或电机电流随地点位置的变化。可能时可以附加带有上述求出的变化值的电机电流绝对值。在计算这些变化量时，第一导数或更高的导数或者对时间求导，或是对地点求导。
在电机电流求值器29中求出的特征值36送至特征值比较器37中与特征临界值38相比较。这个特征临界值38例如可以是一个预定的固定值，它优选取决于图中未示出的电源的电压，这个电源通过两个接点15、16与电机10相连接。此外，特征临界值38最好还取决于要调速件12的位置PM。其作用是由位置信号PE实现的。由此，位置PM或要调速件12的位置区域，必要时要求一增强的调节力，这些因素都是在确定特征值38时应考虑的。当越界时，即超过特征临界值38时，特征值比较器37利用特征值36向释放装置40提供控制信号39。
在实施例的电路装置中，为检测出过载状态或压紧状态，可以选择多种适合的算法。作为简单起见，以特征值36与临界值38相比较作为最简单的实例，目的都是获得过载信号41。
转数检测器28在同一实施例中根据电机电流的脉动性测出变速驱动10、11、12的转数。电机电流的脉动性是由于电机10中的换向过程的变化产生的，因此它与电机10的结构有关。在电机10转向旋转期间的脉动数是由其结构设计条件所确定的。
电机电流的脉动频率求出后，不仅可以为求出电机10的转数提供依据，而且同样地，允许用增量法求出要调速件12的位置PM。位置检测器42中所包含的正向-反向计数器计算出单个波的数量。这个位置检测器42根据位置信号26接收关于运行方向的信息。位置检测器42中的校准可由一个在图中未详示出的参考标记实现，它安装在变速驱动10，11，12内或装在要调速的部件12上。根据一个预定的起始位置PM和在位置检测器42内的计数器的相关设置，也能实现上述位置校准。例如要调速部件12可以推进到某个机械终端挡板上，当其到达就位后产生控制信号39。根据这个控制信号39，在位置检测器42中的计数器的状态变为零。
信号处理器31负责检测出电机电流的脉动频率。位于信号处理器31之前沿信号流走向的电容器30起隔直作用，即从节点27产生的压降U仅对交流起作用。信号处理器31例如包括一个放大电路和信号滤波电路，它们从叠加的高频和低频信号组合中析出电机电流的脉动波形。信号处理器31的输出侧包括一个有利的信号转换器，负责将准正弦曲线的信号成分变成方波信号，后者作为控制信号直接提供给位置检测器42内的计数器。这种方波信号同样也可以在转数检测器28内由电平变化之间的时间检测而获得，并且在输出信号32中加以变化，这个信号是在变速驱动10、11、12中出现的转数的度量依据。这个输出信号32同样也作为要调速件12或在变速驱动10，11，12中另一部件的速度的度量依据。于是这个与转数有关的值也视为与速度有关。这个输出信号32在转数比较器33中与转数临界值34相比较。与特征临界值38类似，这个转数临界值34可以是一个预定的固定的数或一个与其它参数相关的值。除了与运行电压有关，最好也与要调速部件12的用位置信号PE表示的位置PM有关。当超过临界值意味着下降时，转数比较器33会发出释放信号35。
释放信号35的出现是在释放装置40中控制信号39预定接通的前提，于是现有的释放信号35作为过载信号41从该释放装置40输出。
过载信号41可以以不同的方式采用，除了用于光学的和/或声学的报警外，最好使电动机10制动。另外，该信号可与要调速部件12的位置PM有关，后者由电机10的转动方向的变化决定。随着电机的换向，可以被限定在某个规定的时间或规定的变速路径，释放被压紧的物体或人的躯体的部分。为此，在实施例中，过载信号41提供给优先电路25，它直接装在控制器24内。这个优先是指：控制信号21，22，23是由优先电路确定的，而不再由位置信号26所决定。
Claims (10)
1、一种检测电机驱动的变速驱动中的过载状态的电路装置，包括电机电流求值器，它至少求出电机电流的一个特征值；包括特征值比较器，它将求出的特征值与至少一个特征临界值相比较，并且根据超过临界值的情况发出一控制信号，其特征在于，
还包括一个转数检测器(28)，它输出一个变速驱动(10，11，12)的转数或速度的规格信号(32)，并包括一个转数比较器(33)，这个规格信号(32)在转数比较器(33)中与转数临界值(34)相比较，当出现超过该临界值的情况时，由转数比较器输出一释放信号(35)，并包括一个释放装置(40)，在产生释放信号(35)时，释放装置(40)发出控制信号(39)作为过载信号(41)。
2、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，在电机电流的特征值(36)中考虑了电机电流的总和值。
3、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，电机电流的特征值(36)中考虑了电机电流的时间变化量。
4、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，在电机电流的特征值(36)中考虑了电机电流的地点变化量。
5、根据权利要求2、3或4的电路装置，其特征在于，在计算特征值(36)时，考虑了电机电流的绝对值及电机电流变化量。
6、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，变速驱动装置(10，11，12)的转数或速度与流过电机(10)的电流的脉动性有关。
7、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，流过电机(10)的电流是通过晶体管(20)上的电压降(U)求出的。
8、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，至少一个临界值(34，38)取决于要调速部件(12)的位置(PM)。
9、根据权利要求8所述的电路装置，其特征在于，带有一个采用增量法的位置检测器(42)，它根据流过电机(10)的电流的脉动性工作。
10、根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，把调速装置(10，11，12)应用在汽车内。
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