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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Stromversorgungssteuereinrichtung und ein Stromversorgungssteuerverfahren.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 29. Januar 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr.
2019-013440 , deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis als aufgenommen gilt.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Fahrzeuge sind mit einer Stromversorgungssteuereinrichtung zum Steuern einer Stromversorgung von einer Batterie zu einer Last versehen. Ein Beispiel für die Last ist ein Motor, der einen Scheibenwischer antreibt. Die Stromversorgungssteuereinrichtung weist ein Schaltelement wie einen Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) auf, das mit einem Stromversorgungspfad verbunden ist, und aktiviert den Scheibenwischer durch Einschalten des Schaltelements.
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Die Stromversorgungssteuereinrichtung überwacht den Zustand des Stromversorgungspfads und des Motors und führt eine Steuerung zum Unterbrechen des Stromversorgungspfads durch. Der Zustand des Stromversorgungspfads und des Motors ist einer von vier Zuständen, und zwar ein Kurzschlussfehlerzustand, bei dem der Stromversorgungspfad kurzgeschlossen ist, ein Unterbrechungsfehlerzustand, bei dem der Stromversorgungspfad unterbrochen ist, ein blockierter Zustand, bei dem der Motor außer Betrieb ist, und ein Normalzustand. „Blockierter Zustand“ bezieht sich auf Zustände, bei denen der Scheibenwischer blockiert, angehaftet, eingefroren oder aus anderem Grund gehemmt ist. Der blockierte Zustand umfasst nicht nur Zustände, bei denen sich der Motor überhaupt nicht bewegt, sondern auch Zustände, bei denen der Betrieb des Motors derart eingeschränkt ist, dass die Funktion des Scheibenwischers nicht erfüllt werden kann. Wenn sich zum Beispiel Schnee auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angehäuft hat, kann sich der Scheibenwischer unter der Schneelast nicht bewegen und der Motor ist in dem blockierten Zustand.
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Insbesondere im Kurzschlussfehlerzustand oder im Unterbrechungsfehlerzustand schaltet die Stromversorgungssteuereinrichtung das Schaltelement aus, um den Stromversorgungspfad zu unterbrechen. Dies dient dem Schutz des Motors und der Stromversorgungssteuereinrichtung vor Überstrom. Im Unterbrechungsfehlerzustand kann sich eine mit der fahrzeuginternen Batterie verbundene elektrische Leitung von dem Motor gelöst haben oder sie kann beschädigt worden sein, und es besteht die Gefahr, dass diese elektrische Leitung in Kontakt mit der Karosserie oder dergleichen kommt, daher schaltet die Stromversorgungssteuereinrichtung das Schaltelement aus.
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Patentdokument Nr. 1 offenbart eine Technik, bei der basierend auf Spannungen an beiden Enden eines FET, der als Halbleiterrelais dient, bestimmt wird, ob sich eine Last in einem blockierten Zustand befindet, und, wenn bestimmt wird, dass sich die Last in dem blockierten Zustand befindet, ein Schaltelement mit einer konstanten Periode ein- und ausgeschaltet wird, um den blockierten Zustand aufzulösen.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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Patentdokument Nr. 1:
JP 2009 - 171728 A -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Stromversorgungssteuereinrichtung zum Steuern einer Stromversorgung eines Motors, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, auf: ein Schaltelement, das dazu eingerichtet ist, die Stromversorgung des Motors ein- und auszuschalten; eine Stromerfassungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen zu dem Motor fließenden Strom zu erfassen; und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Strom, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird, zu bestimmen, ob sich der Motor in einem blockierten Zustand befindet, und, wenn bestimmt wird, dass sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung des Motors mit einem Tastverhältnis zu steuern, das dem Strom entspricht, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Stromversorgungssteuerverfahren zum Steuern einer Stromversorgung eines Motors, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, folgende Schritte: Erfassen eines zu dem Motor fließenden Stroms; Bestimmen, basierend auf dem erfassten Strom, ob sich der Motor in einem blockierten Zustand befindet; und, wenn bestimmt wird, dass sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, Steuern eines Ein- und Ausschaltens der Stromversorgung des Motors mit einem Tastverhältnis, das dem erfassten Strom entspricht.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Ausgestaltung einer Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
- 2 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen den Zuständen und Strömen eines Motors veranschaulicht.
- 3 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Ausgestaltung einer Tabelle veranschaulicht.
- 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf einer Stromversorgungssteuerung veranschaulicht.
- 5 ist ein Zeitdiagramm, das ein Stromversorgungssteuerverfahren veranschaulicht.
- 6A ist ein Diagramm, das ein Ein-/Ausschalt-Steuerverfahren veranschaulicht, das auf einem durchschnittlichen Strom in einem blockierten Zustand basiert.
- 6B ist ein Diagramm, das ein Ein-/Ausschalt-Steuerverfahren veranschaulicht, das auf einem durchschnittlichen Strom in dem blockierten Zustand basiert.
- 7A ist ein Graph von Simulationsergebnissen, der ein Tastverhältnis veranschaulicht, bei dem das maximale Drehmoment aufrechterhalten werden kann.
- 7B ist ein Graph von Simulationsergebnissen, der ein Tastverhältnis veranschaulicht, bei dem das maximale Drehmoment aufrechterhalten werden kann.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN UND -BEISPIELEN MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
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Die in Patentdokument Nr. 1 offenbarte Stromversorgungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Schaltelement ungeachtet der Größe des Stroms in einem blockierten Zustand mit konstanter Periode ein- und auszuschalten, und weist somit das Problem auf, dass der blockierte Zustand nicht effizient aufgelöst werden kann. Um Wärmeentwicklung durch einen Blockierstrom zu verringern und den Motor auf sichere Weise anzutreiben, ist das Festsetzen einer kurzen Ein-Zeit nötig, es gibt jedoch je nach der Art des blockierten Zustands auch Fälle, bei denen der Blockierstrom klein ist. In diesem Fall wird ein Vorgang, bei dem das Schaltelement für kurze Zeit mit geringem Drehmoment eingeschaltet wird, wiederholt ausgeführt, was lange benötigt, um den blockierten Zustand aufzulösen.
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Der vorliegenden Offenbarung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungssteuereinrichtung und ein Stromversorgungssteuerverfahren bereitzustellen, die einen blockierten Zustand eines Motors effizient auflösen können.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine Stromversorgungssteuereinrichtung und ein Stromversorgungssteuerverfahren bereitgestellt werden, die einen blockierten Zustand eines Motors effizient auflösen können.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angeführt und beschrieben. Von den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich außerdem mindestens einige geeignet miteinander kombinieren.
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(1) Gemäß einem Aspekt weist eine Stromversorgungssteuereinrichtung zum Steuern einer Stromversorgung eines Motors, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, auf: ein Schaltelement, das dazu eingerichtet ist, die Stromversorgung des Motors ein- und auszuschalten; eine Stromerfassungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, einen zu dem Motor fließenden Strom zu erfassen; und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, basierend auf dem Strom, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird, zu bestimmen, ob sich der Motor in einem blockierten Zustand befindet, und, wenn bestimmt wird, dass sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung des Motors mit einem Tastverhältnis zu steuern, das dem Strom entspricht, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird.
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Bei diesem Aspekt steuert die Steuereinheit, wenn sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, das Schaltelement derart, dass es mit dem Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird, das dem Strom entspricht, der zu dem Motor fließt. Demgemäß kann die Antriebszeit des Motors entsprechend der Größe des Motorstroms geändert werden, und der blockierte Zustand des Motors kann somit effizient aufgelöst werden.
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(2) Als bevorzugte Ausgestaltung wird das Tastverhältnis derart festgesetzt, dass die Ein-Zeit des Schaltelements umso länger ist, je kleiner der Strom ist, der von der Stromerfassungsschaltung erfasst wird.
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Bei diesem Aspekt steuert die Steuereinheit das Schaltelement so, dass es derart ein- und ausgeschaltet wird, dass die Ein-Zeit des Schaltelements umso länger ist, je kleiner der zum Motor fließende Strom ist. Demgemäß kann die Antriebszeit des Motors umso länger sein, je kleiner der zum Motor fließende Strom ist, und somit kann der blockierte Zustand des Motors effizient aufgelöst werden. Außerdem kann durch das Festsetzen einer umso kürzeren Antriebszeit des Motors, je größer der zum Motor fließende Strom ist, Wärmeentwicklung durch den Motor unterdrückt werden.
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(3) Als bevorzugte Ausgestaltung wird das Tastverhältnis derart festgesetzt, dass Wärmeentwicklung durch den Motor beim Ein- und Ausschalten der Stromversorgung des Motors unterdrückt wird.
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Bei diesem Aspekt steuert die Steuereinheit, selbst wenn sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, das Schaltelement so, dass es mit einem derartigen Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird, dass die Wärmeentwicklung durch den Motor unterdrückt ist. Durch Unterdrücken der Wärmeentwicklung durch den Motor kann eine Abnahme des zum Motor fließenden Stroms unterdrückt werden. Da das Drehmoment des Motors proportional zu dem zum Motor fließenden Strom ist, kann das Unterdrücken der Wärmeentwicklung durch den Motor eine Verringerung des Drehmoments des Motors verhindern. Demgemäß kann das Schaltelement ein- und ausgeschaltet werden und dabei das Drehmoment des Motors aufrechterhalten werden, und der blockierte Zustand des Motors kann effizient aufgelöst werden.
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(4) Als bevorzugte Ausgestaltung wird das Tastverhältnis derart festgesetzt, dass ein Drehmoment des Motors beim Ein- und Ausschalten der Stromversorgung des Motors nicht verringert wird.
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Bei diesem Aspekt steuert die Steuereinheit, selbst wenn sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, das Schaltelement so, dass es mit einem derartigen Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird, dass das Drehmoment des Motors nicht verringert wird. Demgemäß kann das Schaltelement ein- und ausgeschaltet werden und dabei das Drehmoment des Motors aufrechterhalten werden, und der blockierte Zustand des Motors kann effizient aufgelöst werden.
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(5) Als bevorzugte Ausgestaltung weist die Stromversorgungssteuereinrichtung ferner auf: eine Tabelle, in der mehrere Ströme unterschiedlicher Größe mit jeweiligen Tastverhältnissen verknüpft sind, wobei die Tastverhältnisse in der Tabelle derart festgesetzt sind, dass, wenn ein jeweiliger der mehreren Ströme zu dem Motor fließt, und wenn die Stromversorgung mit einem Ein-Zeitraum gesteuert wird, der länger ist als ein Ein-Zeitraum, der durch das mit dem jeweiligen Strom verknüpfte Tastverhältnis angegeben wird, eine Temperatur des Motors zunimmt.
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Wenn sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, schlägt die Steuereinheit bei diesem Aspekt in der Tabelle nach und steuert das Ein- und Ausschalten des Schaltelements mit dem Tastverhältnis, das mit dem zum Motor fließenden Strom verknüpft ist. Die Tastverhältnisse in der Tabelle sind auf Werte festgesetzt, bei denen die Temperatur des Motors nicht aufgrund der Ein-/Aus-Steuerung zunimmt, das heißt, auf Werte, bei denen sich das Drehmoment des Motors nicht verringert. Demgemäß kann das Schaltelement ein- und ausgeschaltet werden und dabei ein Zustand aufrechterhalten werden, bei dem das Drehmoment des Motors maximal ist, und der blockierte Zustand des Motors kann effizient aufgelöst werden.
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(6) Als bevorzugte Ausgestaltung sind die Tastverhältnisse in der Tabelle derart festgesetzt, dass bei einer vorbestimmten Umgebungstemperatur, bei welcher der Motor verwendet wird, das Drehmoment des Motors nicht verringert wird und die Ein-Zeit des Schaltelements am längsten ist.
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Bei diesem Aspekt kann das Schaltelement ein- und ausgeschaltet werden und dabei ein Zustand aufrechterhalten werden, bei dem die Antriebszeit des Motors lang ist und das Drehmoment des Motors maximal ist, somit kann der blockierte Zustand des Motors effizient aufgelöst werden.
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(7) Als bevorzugte Ausgestaltung weist die Stromerfassungsschaltung einen Nebenschlusswiderstand auf, der mit dem Schaltelement in Reihe geschaltet ist.
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Bei diesem Aspekt kann die Größe des Stroms genau erfasst werden, da die Stromversorgungssteuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Strom unter Verwendung des Nebenschlusswiderstands zu erfassen. Demgemäß kann die Steuereinheit das Ein- und Ausschalten des Schaltelements geeignet steuern, und der blockierte Zustand des Motors kann effizient aufgelöst werden.
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(8) Als bevorzugte Ausgestaltung steuert die Steuereinheit das Schaltelement derart, dass es ausgeschaltet wird, wenn der von der Stromerfassungsschaltung erfasste Strom größer oder gleich einem ersten Schwellenwert oder kleiner oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist, und die Steuereinheit bestimmt, dass sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, wenn der Strom innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert liegt.
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Wenn bei diesem Aspekt der Strom des Motors größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist, das heißt, wenn sich der Motor im Kurzschlussfehlerzustand befindet, steuert die Steuereinheit das Schaltelement derart, dass es ausgeschaltet wird, und unterbricht den Stromversorgungspfad. Auch wenn der Strom des Motors kleiner oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, das heißt, wenn sich der Motor im Unterbrechungsfehlerzustand befindet, steuert die Steuereinheit das Schaltelement derart, dass es ausgeschaltet wird, und unterbricht den Stromversorgungspfad. Wenn der Strom des Motors in dem vorbestimmten Bereich zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert liegt, bestimmt die Steuereinheit ferner, dass sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet. Demgemäß kann die Steuereinheit bestimmen, ob sich der Motor in einem Zustand befindet, bei dem der blockierte Zustand aufgelöst werden kann, oder sich in einem gefährlichen Fehlerzustand befindet, etwa einem Kurzschlussfehler- oder einem Unterbrechungsfehlerzustand, und die Steuereinheit kann nach der Bestimmung, dass sich der Motor in einem sicheren Zustand befindet, das Schaltelement derart steuern, dass es ein- und ausgeschaltet wird.
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(9) Als bevorzugte Ausgestaltung steuert die Steuereinheit die Stromversorgung des Motors, der einen Scheibenwischer antreibt, der in dem Fahrzeug bereitgestellt ist.
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Bei diesem Aspekt kann der blockierte Zustand des Scheibenwischers durch Durchführen einer Ein-/Aus-Steuerung des Schaltelements effizient aufgelöst werden.
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(10) Gemäß einem Aspekt umfasst ein Stromversorgungssteuerverfahren zum Steuern einer Stromversorgung eines Motors, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, folgende Schritte: Erfassen eines zu dem Motor fließenden Stroms; Bestimmen, basierend auf dem erfassten Strom, ob sich der Motor in einem blockierten Zustand befindet; und, wenn bestimmt wird, dass sich der Motor in dem blockierten Zustand befindet, Steuern eines Ein- und Ausschaltens der Stromversorgung des Motors mit einem Tastverhältnis, das dem erfassten Strom entspricht.
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Bei diesem Aspekt kann die Antriebszeit des Motors geändert werden und dabei die Wärmeentwicklung durch den Motor unterdrückt werden, und der blockierte Zustand des Motors kann effizient aufgelöst werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Das Folgende beschreibt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkrete Beispiele für die Stromversorgungssteuereinrichtung und das Stromversorgungssteuerverfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Beispiele beschränkt ist, sondern durch die Ansprüche definiert ist, und dass alle Abwandlungen, die innerhalb des Bedeutungsbereichs und Schutzumfangs der Ansprüche liegen, umfasst sein sollen.
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Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel davon zeigen, in spezifischer Weise beschrieben.
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1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung, welche die Stromversorgung eines Motors 7 zum Antreiben eines Scheibenwischers 7a von einer nicht gezeigten fahrzeuginternen Batterie steuert. Die Stromversorgungssteuereinrichtung weist eine Steuereinheit 1, eine Ansteuerschaltung 2, ein Schaltelement 3, einen Nebenschlusswiderstand 4, eine Stromerfassungsschaltung 5 und eine Überstromerkennungsschaltung 6 auf.
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Das Schaltelement 3 ist zum Beispiel ein n-Kanal-Leistungs-MOSFET. Der Drain des Schaltelements 3 ist mit dem positiven Anschluss der fahrzeuginternen Batterie verbunden, und die Source des Schaltelements 3 ist mit dem positiven Anschluss des Motors 7 verbunden. Der negative Anschluss der fahrzeuginternen Batterie und der negative Anschluss des Motors 7 sind mit Masse verbunden.
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Die Ansteuerschaltung 2 ist mit dem Gate des Schaltelements 3 verbunden. Die Ansteuerschaltung 2 steuert das Schaltelement 3 an und schaltet es ein, indem sie die Spannung am Gate des Schaltelements 3 bezogen auf das Massepotenzial erhöht.
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Die Stromerfassungsschaltung 5 ist eine Schaltung, die einen Strom, der über den Nebenschlusswiderstand 4 fließt, das heißt, einen zum Motor 7 fließenden Strom erfasst, indem sie die Spannungen an den beiden Enden des Nebenschlusswiderstands 4 erfasst und die Spannung, die dem erfassten Strom entspricht, an die Steuereinheit 1 ausgibt.
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Es wird ein Beispiel für die Stromerfassungsschaltung 5 beschrieben. Die Stromerfassungsschaltung 5 weist einen Differenzverstärker 51 auf und bildet eine invertierende Verstärkerschaltung. Der nicht invertierende Eingang des Differenzverstärkers 51 ist mit dem negativen Anschluss des Nebenschlusswiderstands 4 verbunden. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 51 ist über einen elektrischen Widerstand 52 mit dem positiven Anschluss des Nebenschlusswiderstands 4 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 51 ist über einen elektrischen Widerstand 53 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 51 ist außerdem mit dem invertierenden Eingang verbunden und bildet eine negative Rückkopplungsschleife.
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Die Überstromerkennungsschaltung 6 ist eine Schaltung, die eine Steuerung derart durchführt, dass das Schaltelement 3 ausgeschaltet wird, wenn ein Überstrom zum Motor 7 fließt.
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Es wird ein Beispiel für die Überstromerkennungsschaltung 6 beschrieben. Die Überstromerkennungsschaltung 6 weist einen Differenzverstärker 61 auf. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 61 ist mit einer Referenzspannungsquelle 62 verbunden, die eine Referenzspannung zur Verwendung bei der Bestimmung, ob ein Überstrom zum Motor 7 fließt, ausgibt. Der Ausgang der Stromerfassungsschaltung 5 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 61 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 61 ist mit dem Gate eines Unterbrechungsschaltelements 63 verbunden. Die Source des Unterbrechungsschaltelements 63 ist mit Masse verbunden. Der Drain des Unterbrechungsschaltelements 63 ist mit einem Endabschnitt eines Widerstands 64 verbunden, und der andere Endabschnitt des Widerstands 64 ist mit der Kathode einer Diode 65 verbunden. Die Anode der Diode 65 ist mit dem Gate des Schaltelements 3 verbunden.
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Der Differenzverstärker 61 vergleicht eine von der Stromerfassungsschaltung 5 ausgegebene Spannung mit der Referenzspannung. Das heißt, der Differenzverstärker 61 vergleicht einen zum Motor 7 fließenden Strom mit einem vorbestimmten Strom, der der Referenzspannung entspricht. Wenn die von der Stromerfassungsschaltung 5 ausgegebene Spannung größer als die Referenzspannung ist, schaltet der Differenzverstärker 61 das Unterbrechungsschaltelement 63 ein. Das heißt, das Unterbrechungsschaltelement 63 wird eingeschaltet, wenn ein Überstrom zum Motor 7 fließt. Wenn das Unterbrechungsschaltelement 63 eingeschaltet wird, wird das Schaltelement 3 ausgeschaltet und der Stromversorgungspfad unterbrochen.
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In der Steuereinheit 1 sind ein erster Schwellenwert, ein zweiter Schwellenwert und ein dritter Schwellenwert zur Verwendung bei der Bestimmung des Zustands des Motors 7 basierend auf einem zum Motor 7 fließenden Strom gespeichert (siehe 2). Die Steuereinheit 1 umfasst außerdem eine Tabelle 11 zur Verwendung bei der Schaltsteuerung basierend auf dem zum Motor 7 fließenden Strom, wenn sich der Motor 7 im blockierten Zustand befindet.
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2 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen den Zuständen und Strömen des Motors 7 veranschaulicht. Die horizontale Achse gibt die Zeit an und die vertikale Achse gibt den zum Motor 7 fließenden Strom an.
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Der erste Schwellenwert ist ein Schwellenwert zur Verwendung bei der Bestimmung, ob der Motor 7 oder eine an der Stromversorgung beteiligte Schaltung einen Kurzschlussfehler aufweist. Wenn der zum Motor 7 fließende Strom, wie durch die Kurve A1 angegeben, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit seit dem Einschalten des Schaltelements 3 größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist, bestimmt die Steuereinheit 1, dass ein Kurzschlussfehler vorliegt.
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Der zweite Schwellenwert ist ein Schwellenwert zur Verwendung bei der Bestimmung, ob der Motor 7 oder die an der Stromversorgung beteiligte Schaltung einen Leerlauffehler aufweist. Wenn der zum Motor 7 fließende Strom, wie durch die Kurve A4 angegeben, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit seit dem Einschalten des Schaltelements 3 kleiner oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist, bestimmt die Steuereinheit 1, dass ein Leerlauffehler vorliegt. Der zweite Schwellenwert ist kleiner als der erste Schwellenwert.
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Der dritte Schwellenwert ist ein Schwellenwert zur Verwendung bei der Bestimmung, ob sich der Motor 7 im blockierten Zustand befindet. Der dritte Schwellenwert ist größer als der zweite Schwellenwert und kleiner als der erste Schwellenwert. Wenn der zum Motor 7 fließende Strom, wie durch die Kurve A2 angegeben, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit seit dem Einschalten des Schaltelements 3 größer oder gleich dem dritten Schwellenwert und kleiner als der erste Schwellenwert ist, bestimmt die Steuereinheit 1, dass sich der Motor 7 im blockierten Zustand befindet. Wenn der zum Motor 7 fließende Strom, wie durch die Kurve A3 angegeben, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit seit dem Einschalten des Schaltelements 3 größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert und kleiner als der dritte Schwellenwert ist, bestimmt die Steuereinheit 1, dass sich der Motor 7 im Normalzustand befindet.
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3 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Tabelle 11 veranschaulicht. Die Tabelle 11 gibt Entsprechungen zwischen dem Strom, der zu dem Motor 7 fließt, der sich im blockierten Zustand befindet, und dem Tastverhältnis des Schaltelements 3 an. Um den blockierten Zustand des Motors 7 effizient aufzulösen, ist es nötig, dass das Schaltelement 3 mit einem angemessenen, dem Strom entsprechenden Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird. Das Tastverhältnis ist wenigstens derart festgesetzt, dass die Ein-Zeit des Schaltelements 3 umso länger ist, je kleiner der zum Motor 7 fließende Strom ist. Es wird bevorzugt, dass das Tastverhältnis in einem Bereich von 20 % bis 80 %, jeweils einschließlich, festgesetzt wird. Beispielsweise wird das Tastverhältnis auf 50 % festgesetzt, wenn der Strom klein ist, und auf 20 % festgesetzt, wenn der Strom groß ist. Vorzugsweise wird das Tastverhältnis derart festgesetzt, dass das Drehmoment beim Ein- und Ausschalten der Stromversorgung des Motors 7 nicht aufgrund von Wärmeentwicklung durch den Motor 7 verringert wird. Bevorzugte Tastverhältnisse werden später ausführlich beschrieben.
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Die Periode, mit der das Schaltelement 3 ein- und ausgeschaltet wird, beträgt 0,5 bis 3 Sekunden, jeweils einschließlich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Beschreibung geliefert, die auf der Annahme beruht, dass die Periode, mit der das Schaltelement 3 ein- und ausgeschaltet wird, 1 Sekunde beträgt. Wenn die Periode 1 Sekunde beträgt und das Tastverhältnis 50 [%] beträgt, führt die Steuereinheit 1 eine Steuerung derart durch, dass das Schaltelement 3 500 Millisekunden lang ein ist und dann 500 Millisekunden lang aus ist.
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4 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf der Stromversorgungssteuerung veranschaulicht, und 5 ist ein Zeitdiagramm, das ein Stromversorgungssteuerverfahren veranschaulicht. In 5 gibt die horizontale Achse die Zeit an und die vertikale Achse gibt den zum Motor 7 fließenden Strom an. In einem Zustand, bei dem der Scheibenwischer 7a aktiviert ist und ein Strom zum Motor 7 fließt, führt die Steuereinheit 1 die folgende Verarbeitung aus. Die Steuereinheit 1 erfasst einen zum Motor 7 fließenden Strom unter Verwendung der Stromerfassungsschaltung 5 (Schritt S11).
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Dann bestimmt die Steuereinheit 1 basierend auf dem erfassten Strom, ob ein Kurzschlussfehler vorliegt (Schritt S12). Im Speziellen bestimmt die Steuereinheit 1, ob der in Schritt S11 erfasste Strom größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist oder nicht.
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Wenn bestimmt wird, dass kein Kurzschlussfehler vorliegt (NEIN in Schritt S12), bestimmt die Steuereinheit 1 basierend auf dem erfassten Strom, ob ein Leerlauffehler vorliegt (Schritt S13). Im Speziellen bestimmt die Steuereinheit 1, ob der in Schritt S11 erfasste Strom kleiner oder gleich dem zweiten Schwellenwert ist oder nicht.
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Wenn bestimmt wird, dass ein Kurzschlussfehler vorliegt (JA in Schritt S12), oder wenn bestimmt wird, dass ein Leerlauffehler vorliegt (JA in Schritt S13), steuert die Steuereinheit 1 das Schaltelement 3 derart, dass es ausgeschaltet wird, und unterbricht den Stromversorgungspfad (Schritt S14), wodurch die Verarbeitung endet.
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Wenn bestimmt wird, dass kein Leerlauffehler vorliegt (NEIN in Schritt S13), wartet die Steuereinheit 1 eine bestimmte Zeitdauer t0 (Schritt S15). Die vorbestimmte Zeitdauer t0 beträgt beispielsweise ungefähr 10 Millisekunden. Die vorbestimmte Zeitdauer t0 ist eine Zeitdauer, die länger oder gleich einer Übergangszeitdauer bis zur Rückkehr des Stromwerts auf den Wert ist, der dem Zustand des Motors 7 nach Einschalten des Schaltelements 3 entspricht.
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Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer t0 bestimmt die Steuereinheit 1 basierend auf dem von der Stromerfassungsschaltung 5 erfassten Strom, ob sich der Motor 7 in dem blockierten Zustand befindet (Schritt S16). Im Speziellen bestimmt die Steuereinheit 1, ob der zum Motor 7 fließende Strom größer oder gleich dem dritten Schwellenwert und kleiner als der erste Schwellenwert ist. Der Strom zur Verwendung bei der Bestimmung, ob sich der Motor 7 im blockierten Zustand befindet, muss nur für eine kurze Zeitdauer ta erfasst werden. Im Speziellen reicht es aus, dass die Stromerfassungsschaltung 5 den Strom nur einmal erfasst. Die Zeitdauer ta ist so lang wie ein Takt der Steuereinheit 1, z. B. 5 Millisekunden.
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Wenn bestimmt wird, dass sich der Motor 7 nicht im blockierten Zustand befindet (NEIN im Schritt S16), steuert die Steuereinheit 1 das Schaltelement 3 derart, dass es weiterhin eingeschaltet ist (Schritt S17), und beendet die Verarbeitung.
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Wenn bestimmt wird, dass sich der Motor 7 im blockierten Zustand befindet (JA in Schritt S16), erfasst die Steuereinheit 1 unter Verwendung der Stromerfassungsschaltung 5 über einen Zeitraum tb hinweg mehrmals einen Strom (Schritt S18) und berechnet den Durchschnitt der zum Motor 7 fließenden Ströme (Schritt S19). Der Zeitraum tb ist so lang wie vier Takte der Steuereinheit 1, z. B. 20 Millisekunden.
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Dann schlägt die Steuereinheit 1 in der Tabelle 11 nach und bestimmt das Tastverhältnis, das dem durchschnittlichen Strom entspricht (Schritt S20). Dann steuert die Steuereinheit 1 das Schaltelement 3 derart, dass es mit dem bestimmten Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird (Schritt S21), und kehrt mit der Verarbeitung zu Schritt S11 zurück. Im Speziellen steuert die Steuereinheit 1, wie in 5 gezeigt, unter der Annahme, dass das Tastverhältnis D = Ein-Zeit / Aus-Zeit [%] beträgt, das Schaltelement 3 derart, dass es für tc * D / 100 Sekunden auseschaltet ist, steuert dann das Schaltelement 3 derart, dass es für tc * (100 - D) / 100 Sekunden eingeschaltet ist, und steuert dass Schaltelement 3 dann erneut derart, dass es eingeschaltet ist.
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6A und 6B sind Diagramme, die ein Ein-/Ausschalt-Steuerverfahren veranschaulichen, das auf einem durchschnittlichen Strom in dem blockierten Zustand basiert. 6A zeigt den Ein-/Aus-Zustand des Schaltelements 3 bei kleinem durchschnittlichen Strom des Motors 7, und 6B zeigt den Ein-/AusZustand des Schaltelements 3 bei großem durchschnittlichen Strom des Motors 7. Wie in 6A und 6B gezeigt ist, steuert die Steuereinheit 1 das Schaltelement 3 derart, dass es mit einem umso größeren Tastverhältnis ein- und ausgeschaltet wird, je kleiner der durchschnittliche Strom des Motors 7 ist. Demgemäß kann die Antriebszeit des Motors 7 verlängert werden, wenn der zum Motor 7 fließende Strom klein ist, und der blockierte Zustand des Motors 7 kann somit effizient aufgelöst werden. Außerdem kann die Antriebszeit des Motors 7 verkürzt werden, wenn der zum Motor 7 fließende Strom groß ist, wodurch die Wärmeentwicklung durch den Motor 7 unterdrückt wird.
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7A und 7B sind Graphen von Simulationsergebnissen, die das Tastverhältnis veranschaulichen, bei dem das maximale Drehmoment aufrechterhalten werden kann. Die horizontale Achse gibt die Zeit an, die vertikale Achse auf der linken Seite gibt den Strom an und die vertikale Achse auf der rechten Seite gibt die Temperatur des Motors 7 an. 7A zeigt einen Zustand, bei dem das Tastverhältnis übermäßig groß ist, und 7B zeigt einen Zustand, bei dem das Tastverhältnis angemessen ist. Die in 7A und 7B gezeigten Simulationsergebnisse wurden erhalten, indem der Widerstand einer Motorspule, die Länge der Motorspule, die Fläche der Spule, die Masse der Spule und die Wärmekapazität des Motors basierend auf dem Durchschnitt von zum Motor 7 fließenden Strömen berechnet wurde, die Wärmeentwicklungs- und die Wärmeabfuhrmenge kombiniert wurden und die Zunahme der Temperatur des Motors 7 und die Abnahme des fließenden Stroms erhalten wurde. Die Simulationsbedingungen waren wie folgt: als Temperatur des Motors 7 im Anfangszustand war 25 °C festgesetzt und als durchschnittlicher Strom war 25 [A] festgesetzt. Ein Zirkumflex bezeichnet eine Potenz. T steht für eine Temperatur.
Anliegende Spannung: Va (=12) [V]
Widerstand von Kupfer: p (= 1,5475 + 0,0068725T) × 10^(-8) [Ω·m] Spulendrahtdurchmesser: a (= 1) [mm]
Dichte von Kupfer: pcu (= 8,94) [g/cm^3]
Spezifische Wärme: A (= 0,379) [J / g · K]
Wärmeübertragungskoeffizient: λ (= 10) [W / m^2 ·K]
Boltzmannkonstante: K (= 5,67 × 10^(-8)) [W / (m^2 ·K^4)] Emissivität von Lack: E (= 0,37)
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Wie aus 7A und 7B klar wird, ist ein langer Zeitraum, in welchem der Motor 7 eingeschaltet ist, nicht immer bevorzugt. In den Graphen in 7A und 7B geben fette Linien eine Änderung des zum Motor 7 fließenden Stroms bei eingeschaltet bleibendem Schaltelement 3 an, und fette gestrichelte Linien geben die Temperatur der Motorspule an. Wenn ein Strom zum Motor 7 fließt, nimmt die Temperatur zu und der Strom ab. Da das Drehmoment des Motors 7 proportional zum Strom ist, sinkt das Drehmoment des Motors 7.
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Wie in 7A gezeigt ist, nimmt die Temperatur des Motors 7 zu, wenn die Ein-Zeit lang ist. Wenn die Temperatur des Motors 7 zunimmt, nimmt der zum Motor 7 fließende Strom ab, was zu einem verringerten Drehmoment führt. 7A zeigt diesen Zustand.
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Wie in 7B gezeigt ist, kann bei angemessenem Tastverhältnis ein Anstieg der Temperatur des Motors 7 selbst dann unterdrückt werden, wenn die Ein-/Aus-Steuerung fortgesetzt wird, und das Drehmoment des Motors 7 kann somit auf einem hohen Wert gehalten werden.
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Vorzugsweise sind in Tabelle 11 Tastverhältnisse gespeichert, bei denen ein Anstieg der Temperatur des Motors 7 unterdrückt werden kann oder bei denen das Drehmoment des Motors 7 nicht verringert wird, wie in dem Graphen in 7B gezeigt ist. Besonders bevorzugt sind die in der Tabelle 11 gespeicherten Tastverhältnisse derart festgesetzt, dass die Temperatur des Motors 7 wie in 7a gezeigt zunimmt, wenn die Stromversorgung mit einem Ein-Zeitraum gesteuert wird, der länger ist als die Ein-Zeiträume, die durch die Tastverhältnisse angegeben werden, die den in der Tabelle 11 gespeicherten Strömen entsprechen. Das heißt, die Tastverhältnisse sind vorzugsweise derart festgesetzt, dass die Ein-Zeit des Motors am längsten ist, ohne bei einer vorbestimmten Umgebungstemperatur, bei der der Motor 7 verwendet wird, das Drehmoment des Motors 7 zu verringern. Anders ausgedrückt lässt sich sagen, dass es bevorzugt ist, Tastverhältnisse verknüpft mit mehreren Stromwerten zu registrieren, wobei die Tastverhältnisse derart festgesetzt sind, dass die Temperatur des Motors 7 zunimmt und das Drehmoment des Motors 7 abnimmt, wenn eine vorbestimmte Umgebungstemperatur geeignet festgesetzt ist und ein Zeitraum länger als die Ein-Zeit festgesetzt ist, die durch das Tastverhältnis angegeben wird, das mit dem jeweiligen der Stromwerte verknüpft ist, die in der Tabelle 11 registriert sind.
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Es wird angemerkt, dass die längste Ein-Zeit kein theoretischer Wert ist und somit keine genaue Grenze zwischen der Ein-Zeit, bei der die Temperatur des Motors 7 nicht zunimmt, und der Temperatur, bei der die Temperatur des Motors 7 beginnt zuzunehmen, existiert; und bedingt durch die Verwendungsumgebung des Motors 7 und andere Gründe sollte ein gewisses Maß an Toleranz erlaubt sein.
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Bei der Stromversorgungssteuereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel mit den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen kann der blockierte Zustand des Motors 7 effizient aufgelöst werden.
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Außerdem kann die Antriebszeit des Motors 7 auf einen umso größeren Wert festgesetzt werden, je kleiner der zum Motor 7 fließende Strom ist, und somit kann der blockierte Zustand des Motors 7 effizient aufgelöst werden. Außerdem kann durch das Festsetzen einer umso kürzeren Antriebszeit des Motors 7, je größer der zum Motor 7 fließende Strom ist, Wärmeentwicklung durch den Motor 7 unterdrückt werden.
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Ferner kann das Schaltelement 3 ein- und ausgeschaltet werden und dabei ein Zustand aufrechterhalten werden, bei dem das Drehmoment des Motors 7 maximal ist, und der blockierte Zustand des Motors 7 effizient aufgelöst werden.
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Da die Stromversorgungssteuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Strom unter Verwendung des Nebenschlusswiderstands 4 zu erfassen, kann außerdem ein Strom genauer erfasst werden als bei einer Ausgestaltung, bei der ein Strom basierend auf den Spannungen an beiden Enden des Schaltelements 3 erfasst wird. Demgemäß kann die Steuereinheit 1 das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 3 geeignet steuern, und der blockierte Zustand des Motors 7 kann effizient aufgelöst werden.
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Außerdem kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere der blockierte Zustand des in dem Fahrzeug bereitgestellten Scheibenwischers 7a aufgelöst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuereinheit
- 2
- Ansteuerschaltung
- 3
- Schaltelement
- 4
- Nebenschlusswiderstand
- 5
- Stromerfassungsschaltung
- 6
- Überstromerkennungsschaltung
- 7
- Motor
- 7a
- Scheibenwischer
- 11
- Tabelle
- 51
- Differenzverstärker
- 52, 53
- elektrischer Widerstand
- 61
- Differenzverstärker
- 62
- Referenzspannungsquelle
- 63
- Unterbrechungsschaltelement
- 64
- Widerstand
- 65
- Diode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2019013440 [0002]
- JP 2009171728 A [0007]
