DE19605452A1 - Drive device e.g. for positioning air-vent flap in motor vehicle - Google Patents

Drive device e.g. for positioning air-vent flap in motor vehicle

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Abstract

A drive for positioning an electrically driven regulating element (4) has a control device for determining the latter's position by measurement of the current supply to the drive device. Current is determined by means of a physical arrangement (6-8) that moves with the placing element (4). The arrangement (6-8) has a permanent magnet arrangement (6) comprised of four sections (6a-6d) of alternating polarity, a switching component (7) and a resistance (8) connected to the electrical servo-motor (2) and the switching component (7). The latter changes its state according to the polarity of the magnet (6). When this occurs a measurable alteration of the drive current supply occurs.

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten, einem Stellelement zugeordneten Antriebseinrichtung aus.The present invention is based on one according to the preamble of Main claim designed, assigned an actuator Drive device off.

Solche Antriebseinrichtungen sind beispielsweise für die Verstellung und Positionierung von Lüftungsklappen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen oder dienen zur Bewegung von Stellgliedern in Regel- oder Steuerkreisen.Such drive devices are for example for the adjustment and Positioning of ventilation flaps provided or used in a motor vehicle for moving actuators in control or control circuits.

Zwecks Realisierung einer derartigen Antriebseinrichtung ist es bekannt, Schrittmotore mit Getriebe bzw. Gleichstrommotore mit angeflanschtem Potentiometer am Getriebeausgang oder Gleichstrom-Getriebemotore mit im Motor integrierten Hall-Sensoren zu verwenden.For the purpose of realizing such a drive device, it is known Stepper motors with gear or DC motors with flanged Potentiometer at the gearbox output or DC geared motors in the motor integrated Hall sensors to use.

Um eine unbeabsichtigte Verstellung des Stellelementes durch äußere Stelleinflüsse - im Falle einer Lüftungsklappe beispielsweise durch die Einwirkung des Luftstroms - zu verhindern, wird bei Stellantrieben mit einem Getriebe letzteres üblicherweise selbsthemmend ausgeführt.To prevent unintentional adjustment of the control element by external Acting influences - in the case of a ventilation flap, for example, through the action of air flow - is prevented in actuators with a gearbox the latter usually carried out self-locking.

Die Positionierung des Stellelementes erfolgt beim Schrittmotor durch schrittweisen Antrieb und Zählen der Ansteuerimpulse. Bei mit einem Potentiometer versehenen Gleichstrommotoren wird die Positionierung mittels Messung der zum Verstellwinkel proportionalen Potentiometerspannung vorgenommen. Schließlich erfolgt bei mit Hall-Sensoren versehenen Gleichstrommotoren die Positionierung durch Zählen der Hall-Sensorimpulse.The positioning of the stepper motor is done step by step Drive and count the control pulses. With a potentiometer DC motors become positioning by measuring the adjustment angle  proportional potentiometer voltage. Finally, with Hall sensors provided by DC motors positioning by counting the Hall sensor pulses.

Bei einer Positionserfassung durch eine Lagesensorik wird eine gesonderte elektrische Zuleitung benötigt, was z. B. im Fall einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einer daran vorgesehenen, in der Größenordnung von zehn liegenden Anzahl von Klappen-Verstelleinrichtungen einen beträchtlichen Zusatzaufwand bedeutet. Bei der Verwendung eines einfachen Gleichstrommotors wird damit der Aufwand für die Positionsrückmeldung etwa gleich groß wie für den eigentlichen Stellmotor.A position sensor system detects a separate position electrical supply line required what z. B. in the case of a motor vehicle air conditioning system an envisaged number of ten Flap adjustment means a considerable additional effort. At the use of a simple DC motor will reduce the effort for Position feedback about the same size as for the actual servomotor.

Durch die DE 44 11 935 C1 ist eine entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches ausgebildete, insbesondere für die Verstellung der Kraftfahrzeug-Lüftungsklappen vorgesehene Antriebseinrichtung bekanntgeworden, wobei mit der Verstellbewegung des Stellelementes ein mechanisches System mit längs seines Bewegungsweges variierender potentieller Energie mitbewegt wird, mit dem die Motorstrom-Kennlinie über den Stellelemente-Einstellbereich hinweg wesentlich von der vom mechanischen System auf das Stellelement ausgeübten Kraft bestimmt wird.DE 44 11 935 C1 is a corresponding to the preamble of Main claim trained, especially for the adjustment of Motor vehicle ventilation flaps drive device has become known, a mechanical system with the adjustment movement of the control element along with its moving path of varying potential energy the motor current characteristic curve across the control element setting range essentially from that exerted by the mechanical system on the control element Force is determined.

Bei einer derart ausgeführten Antriebseinrichtung besteht das Problem, daß durch die mechanische Belastung des Stellmotors die relevanten in der Kraftübertragungskette der Antriebseinrichtung liegenden Übertragungsglieder mechanisch beachtlich beansprucht werden. Dadurch wird dann auch der Stellmotor elektrisch relativ hoch belastet.In such a drive device, there is the problem that the mechanical load on the servomotor is relevant in the Power transmission chain of the drive device lying transmission links mechanically remarkable stress. This then also becomes the servomotor electrically relatively heavily loaded.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß durch die eine Veränderung des der Antriebseinrichtung zugeführten elektrischen Stromes bewirkende Belastung der Antriebseinrichtung praktisch keine zusätzliche mechanische Beanspruchung auf die Übertragungsglieder ausgeübt wird.The present invention is therefore based on the object Drive device of the type mentioned in such a way that by the a change in the electric current supplied to the drive device effecting load on the drive device practically no additional mechanical stress is exerted on the transmission elements.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, the task is performed in the characterizing part of Main claim specified features solved.

Vorteilhaft bei einem derartigen Aufbau einer Antriebseinrichtung ist, daß dem der Antriebseinrichtung zugeführten Strom klar erkennbare Veränderungen aufmoduliert werden, die dann ohne weiteres zur Bestimmung der jeweiligen Position des Stellelementes herangezogen werden können. Besonders günstig ist dabei, daß der Motorstrom keine Veränderung erfährt.It is advantageous in such a construction of a drive device that the  Drive device supplied current modulated clearly recognizable changes which are then easily used to determine the respective position of the Control element can be used. It is particularly favorable that the Motor current does not change.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigenFurther advantageous refinements of the subject matter according to the invention are specified in the subclaims and are based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. Show

Fig. 1 die wesentlichen Teile der Antriebseinrichtung in Draufsicht Fig. 1 shows the essential parts of the drive device in plan view

Fig. 2a ein zur Antriebseinrichtung nach Fig. 1 gehörendes Ersatzschaltbild Fig. 2a is an equivalent circuit diagram belonging to the drive device according to Fig. 1

Fig. 2b ein Diagramm des der Antriebseinrichtung nach Fig. 1 zugehörigen elektrischen Stromes. Fig. 2b is a diagram of the drive device of FIG. 1 associated electrical current.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein die Antriebseinrichtung aufnehmendes, vorzugsweises aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse I vorhanden. Dieses Gehäuse ist über Befestigungslaschen 1a, die mit zur Aufnahme von Befestigungsschrauben vorgesehenen Durchbrüchen 1a′ versehen sind, insbesondere an einem Kraftfahrzeugteil gehalten und z. B. einer der Lüftungsklappen der Kraftfahrzeug-Klimaanlage zugeordnet.As is apparent from FIG. 1, a housing I, preferably made of plastic, accommodating the drive device is present. This housing is on mounting tabs 1 a, which are provided with openings for receiving mounting screws 1 a ', in particular held on a motor vehicle part and z. B. assigned to one of the ventilation flaps of the motor vehicle air conditioning system.

Die Antriebseinrichtung besteht dabei aus einem eine relativ geringe Leistung aufweisenden Gleichstrom-Stellmotor 2, der über ein mehrere Zahnräder 3a-3c aufweisendes Zahnradgetriebe 3 mit dem nur angedeuteten Stellelement 4 von einer der der Einfachheit halber nicht dargestellten Lüftungsklappen verbunden ist. Zum Anschluß des elektrischen Stellmotors 2 an die Versorgungsspannung UB des Kraftfahrzeugs ist an dem Gehäuse 1 ein mit zwei Steckkontaktelementen 5a, 5b versehener, als Steckverbindungsteil 5 ausgebildeter Ansatz 1b vorhanden.The driving means consists of a relatively low power comprising direct current servo motor 2, the a- via a plurality of gears 3 3 c exhibiting gear transmission 3 with the only indicated adjusting element 4 of one of the simplicity ventilation flaps, not shown, is connected. To connect the electric servomotor 2 to the supply voltage UB of the motor vehicle, there is provided on the housing 1 with two plug contact elements 5 a, 5 b, designed as a plug connection part 5 approach 1 b.

Um nunmehr eine Bestimmung der Position des Stellelementes 4 bzw. eine Positionierung desselben durchzuführen, ist an einem der Zahnräder 3a-3c und zwar am Zahnrad 3a eine als Magnetring ausgeführte dauermagnetische Vorrichtung 6 gehalten und konzentrisch zur Drehachse 3a′ dieses Zahnrades 3a angeordnet. Diesem mit mehreren segmentförmigen Abschnitten 6a-6d alternierender Polarität N/S versehenen Magnetring ist ein vorzugsweise als Reed-Kontaktschalter ausgebildeter, in Richtung der hintereinander liegenden segmentförmigen Abschnitte sich erstreckender magnetfeldempfindlicher Schaltbaustein 7 beinahe tangierend zugeordnet.In order to now determine the position of the actuating element 4 or position the same, a permanent magnet device 6 designed as a magnetic ring 6 is held on one of the gears 3 a - 3 c, specifically on the gear 3 a, and concentric with the axis of rotation 3 a 'of this gear 3 a arranged. This magnetic ring, which is provided with a plurality of segment-shaped sections 6 a- 6 d of alternating polarity N / S, is almost tangentially associated with a magnetic field-sensitive switching module 7 , which is preferably designed as a reed contact switch and extends in the direction of the segment-shaped sections lying one behind the other.

Dieser Schaltbaustein liegt elektrisch in Reihe zu einem Widerstand 8, so daß dieser darüber parallel zum Motorstromkreis schaltbar ist (siehe Fig. 2a). Aufgrund dessen wird bei einer Umdrehung der als Magnetring ausgebildeten dauermagnetischen Vorrichtung 6 durch die der Anzahl der segmentförmigen Abschnitte 6a-6d entsprechender Anzahl der Veränderungen des Schaltzustandes des magnetfeldempfindlichen Schaltbausteines 7 eine deutliche, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 bis 20% liegende und damit meßtechnisch einwandfrei erfaßbare Erhöhung des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes I erzielt und zwar indem sich zum Motorstrom I* der Strom I** des Widerstandes 8 hinzuaddiert.This switching module is electrically in series with a resistor 8 , so that it can be connected in parallel to the motor circuit (see FIG. 2a). Because of this, during a revolution of the permanent magnetic device 6 designed as a magnetic ring, the number of changes in the switching state of the magnetic field-sensitive switching module 7 corresponding to the number of segment-shaped sections 6 a- 6 d results in a clear, preferably in the order of 10 to 20%, and thus Achievable increase in the current I supplied to the drive device that is perfectly measurable by adding the current I ** of the resistor 8 to the motor current I *.

In den Figuren ist eine als Magnetring ausgeführte, dauermagnetische Vorrichtung 6 mit vier segmentförmigen Abschnitten 6a-6d alternierender Polarität N/S dargestellt, woraus das in Fig. 2b angegebene Stromdiagramm resultiert. Wie daraus zu erkennen ist, wird nach jeweils einer Viertelumdrehung, d. h. zu den Zeitpunkten t₁-t₄ der Schaltzustand des Schaltbausteins 7 verändert, woraus sich die prinzipiell dargestellten Stromschwankungen ergeben. Natürlich kann auch die Anzahl der segmentförmigen Abschnitte 6a-6d noch erhöht werden und zwar, um eine noch feinfühligere Messung bzw. Positionierung zu ermöglichen.In the figures, an apparatus as a magnetic ring performed, permanent magnet 6 is shown with four segment-shaped portions 6 a- d 6 alternating polarity N / S, resulting in the flow chart shown in Fig. 2b results. As can be seen therefrom, the switching state of the switching module 7 is changed after every quarter of a turn, ie at the times t 1-t 2, which results in the current fluctuations shown in principle. Of course, the number of segment-shaped sections 6 6 d a- be increased and that, in order to enable even more sensitive measurement or positioning.

Claims (10)

1. Antriebseinrichtung zur Positionierung eines Stellelementes mit
  • - einem elektrischen Stellmotor zum Antreiben des Stellelementes und
  • - einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Stellmotors und zur Erkennung der Stellelementeposition durch Erfassung der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes
  • - einer mit der Verstellbewegung des Stellelementes mitbewegten physikalischen Anordnung, durch die die Kennlinie des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes über den Stellelemente-Einstellbereich wesentlich von der durch die Anordnung erzeugten physikalischen Größe beeinflußt ist,
1. Drive device for positioning an actuator with
  • - An electric servomotor for driving the actuator and
  • - A control device for controlling the servomotor and for recognizing the position of the actuating element by detecting the current supplied to the drive device
  • a physical arrangement that moves with the adjusting movement of the adjusting element, by means of which the characteristic curve of the current supplied to the drive device over the adjusting element setting range is significantly influenced by the physical quantity generated by the arrangement,
gekennzeichnet durch,marked by,
  • - eine der Anordnung (6-8) zugehörige, mit der Verstellbewegung des Stellelementes (4) sich verstellende dauermagnetische Vorrichtung (6), die über den Verstellbereich hinweg mehrere Abschnitte (6a-6d) mit alternierender Polarität (N/S) aufweist- One of the arrangement ( 6-8 ) associated with the adjusting movement of the adjusting element ( 4 ) adjusting permanent magnetic device ( 6 ), which has several sections ( 6 a- 6 d) with alternating polarity (N / S) over the adjustment range
  • - einen der dauermagnetischen Vorrichtung zugeordneten, ortsfest gehaltenen, magnetfeldempfindlichen Schaltbaustein (7), der mit jeder Polaritätsänderung der dauermagnetischen Vorrichtung seinen Schaltzustand verändert- One of the permanent magnetic device assigned, held stationary, magnetic field sensitive switching module ( 7 ) which changes its switching state with each change in polarity of the permanent magnetic device
  • - einem dem Stellmotor (2) zugeordneten elektrischen Widerstand (8), der mit dem Schaltbaustein verbunden ist und der in Abhängigkeit des jeweiligen Schaltzustands eine meßbare Veränderung des der Antriebseinrichtung zugeführten Stromes (I) bewirkt.- An electric resistance ( 8 ) assigned to the servomotor ( 2 ), which is connected to the switching module and which, depending on the respective switching state, causes a measurable change in the current (I) supplied to the drive device.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dauermagnetische Vorrichtung (6) aus einem mehrere segmentförmige Abschnitte (6a-6d) alternierender Polarität (N/S) aufweisenden Magnetring besteht, der dem Stellmotor (2) derart zugeordnet ist, daß er sich mit einer zur Drehzahl des Stellmotors proportionalen Drehzahl bewegt.2. Drive device according to claim 1, characterized in that the permanent magnetic device ( 6 ) consists of a plurality of segment-shaped sections ( 6 a- 6 d) alternating polarity (N / S) having a magnetic ring which is assigned to the servomotor ( 2 ) in such a way that it moves at a speed proportional to the speed of the servomotor. 3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildende Magnetring mit einem Zahnrad (3a) des dem Stellmotor (2) zugehörigen Zahnrad-Getriebes (3) verbunden und konzentrisch zur Drehachse (3a′) des Zahnrades ausgerichtet ist.3. Drive device according to claim 2, characterized in that the permanent magnet device ( 6 ) forming the magnetic ring with a gear ( 3 a) of the actuator ( 2 ) associated gear transmission ( 3 ) and concentric to the axis of rotation ( 3 a ') of the gear is aligned. 4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildende Magnetring mit vier gleich groß ausgeführten, entweder als Nordpol (N) oder als Südpol (S) aufgebildeten segmentförmigen Abschnitten (6a-6d) versehen ist.4. Drive device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the permanent magnet device ( 6 ) forming the magnetic ring with four of the same size, either as a north pole (N) or as a south pole (S) formed segment-shaped sections ( 6 a- 6 d) is provided. 5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildende Magnetring einstückig ausgeführt ist.5. Drive device according to claim 4, characterized in that the magnetic ring forming the permanent magnetic device ( 6 ) is made in one piece. 6. Antriebseinrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldempfindliche Schaltbaustein (7) als ein den äußeren Umfang des die dauermagnetische Vorrichtung (6) bildenden Magnetrings beinahe tangierender, in Richtung der hintereinander liegenden segmentförmigen Abschnitte (6a-6d) sich erstreckender, sogenannter Reed-Kontaktschalter ausgeführt ist.6. Drive device according to claim i or one of the following, characterized in that the magnetic field-sensitive switching module ( 7 ) as a the outer circumference of the permanent magnet device ( 6 ) forming the magnetic ring almost tangent, in the direction of the successive segment-shaped sections ( 6 a- 6 d) extending, so-called reed contact switch is executed. 7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Stellmotor (2) zugeordnete Widerstand (8) über den als Reed-Kontaktschalter ausgebildeten magnetfeldempfindlichen Schaltbaustein (7) parallel zum Motorstromkreis geschaltet ist. 7. Drive device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the actuator ( 2 ) associated resistor ( 8 ) is connected in parallel with the motor circuit via the magnetic field-sensitive switching module ( 7 ) designed as a reed contact switch. 8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (2) und das Zahnrad-Getriebe (3) sowie die damit kooperierende, im wesentlichen aus der dauermagnetischen Vorrichtung (6), dem damit kooperierenden Schaltbaustein (7) und dem zugehörigen elektrischen Widerstand (8) bestehende, als physikalische Größe einen den Strom des Motorstromkreises beeinflussenden elektrischen Widerstand hervorrufende physikalische Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse (1) vorhanden ist.8. Drive device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the servomotor ( 2 ) and the gear transmission ( 3 ) and the cooperating therewith, essentially from the permanent magnet device ( 6 ), the switching module cooperating therewith ( 7 ) and the associated electrical resistance ( 8 ) is present in a common housing ( 1 ) as a physical quantity causing an electrical resistance influencing the current of the motor circuit. 9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die dauermagnetische Vorrichtung (6) und das damit verbundene Zahnrad (3a) des Zahnradgetriebes (3) eine aus einem kunststoffgebundenen Magnet-Werkstoff hergestellte, einstückige Einheit bilden.9. Drive device according to claim 1 or one of the following, characterized in that the permanent magnetic device ( 6 ) and the associated gear ( 3 a) of the gear transmission ( 3 ) form a one-piece unit made of a plastic-bonded magnet material.
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