JP2001103779A5 - - Google Patents

Description

【書類名】 明細書
【発明の名称】 シートベルト駆動用モーターの駆動方法、シートベルト駆動用モーター、及びシートベルトリトラクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シートベルト駆動用直流モーターをパルス制御により駆動する方法であって、モーターに流す電流パルスの周波数を、人間の可聴周波数よりも高く設定することを特徴とするシートベルト駆動用モーターの駆動方法。
【請求項２】 請求項１に記載のシートベルト駆動用モーターの駆動方法であって、モーターに流す電流パルスの周波数を、シートベルトリトラクターの機械的な共振周波数よりも高く設定することを特徴とするシートベルト駆動用モーターの駆動方法。
【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のシートベルト駆動用モーターの制御方法を用いて駆動されるシートベルト駆動用モーター。
【請求項４】 請求項３に記載のシートベルト駆動用モーターに結合されたシートベルトリトラクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
乗用車に使用されるシートベルトは、シートベルト巻取機により張力を与えられるようになっている。すなわち、シートベルトを使用する場合は、シートベルト巻取機の中にばねによって巻き取られているシートベルトを、人間が引き出し、シートに固定されたもう一方のシートベルトとバックルにより係合させる。その後、手を緩めると、シートベルト巻取機のばねの作用により弛んだシートベルトが巻き取られ、ばねによって決まる張力がシートベルトに与えられて、乗員をシートに拘束する。
【０００２】
しかしながら、このようなばね式の巻き取り機構においては、シートベルトを締める方向にのみ力が加わるので、人間がシートベルトを緩めようとすると、この力に逆らってシートベルトを引っ張らなければならないという問題点があった。また、ばねの弾性力を使用しているため、動作が不安定であり、巻き取り不良が発生することがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために、発明者の同僚は、人間がシートベルトを引っ張ることにより容易に拘束力を緩めることができると共に、フレキシビリティに富んだ巻取制御に対応することができるシートベルト駆動装置に関する発明を行い、平成１１年特許願第１２６２４２号として特許出願した。それは、シートベルトを駆動するのに直流モータを使用し、当該直流モータの回転方向と回転速度を制御するのに、ＰＷＭ制御、又はパルス幅一定・周期可変制御を行うものである。この発明によれば、シートベルトを必要な速度で必要な方向に駆動することができるので、フレキシビィリティに富んだシートベルトの駆動が実現できる。
【０００４】
このようなシートベルト駆動用モーターの制御においては、モーターの高速回転が要求されないので、制御パルスの周期は、１ｋＨｚ程度に設定されるのが普通である。しかしながら、発明者らの試作の結果、このような低い周波数でモータを駆動すると、ブーンというような唸りが発生して人間に不快感を与えたり、振動が発生することが分かった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、シートベルトをモーターで駆動し、パルス制御によりモーターの制御を行う場合でも、不快な唸りや振動が発生しないようなシートベルト駆動用モーターの駆動方法、及びこの駆動方法を使用したシートベルト駆動用モーター、さらには、このシートベルト駆動用モーターに結合されたシートベルトリトラクターを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、シートベルト駆動用直流モーターをパルス制御により駆動する方法であって、モーターに流す電流パルスの周波数を、人間の可聴周波数よりも高く設定することを特徴とするシートベルト駆動用モーターの駆動方法（請求項１）である。
【０００７】
本手段においては、モーターに流す電流パルスの周波数を、人間の可聴周波数よりも高く設定している。電流パルスの周波数とは、ＰＷＭ制御の場合は繰り返し周波数、パルス幅一定・周期可変制御の場合は可変周期に対応する周波数のことである。いずれの場合も、この周波数を人間の可聴周波数より高くしているので、リップルに伴ってモーターの振動が発生する場合でも、それが人間に聞き取られることが無く、不快感を与えることが無い。
【０００８】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、モーターに流す電流パルスの周波数を、シートベルトリトラクターの機械的な共振周波数よりも高く設定することを特長とするシートベルト駆動用モーターの駆動方法（請求項２）である。
【０００９】
本手段においては、前記モーターに流す電流パルスの周波数を、モーターが結合される機械系であるシートベルトリトラクターの機械的な共振周波数よりも高く設定しているので、リップルに伴ってモータの振動が発生する場合でも、それが機械系と共振して振動が大きくなることが無い。よって、大きな振動の発生を抑制することができる。
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であるシートベルト駆動用モータの制御方法を用いて駆動されるシートベルト駆動用モータ（請求項３）である。
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であるシートベルト駆動用モータに結合されたシートベルトリトラクター（請求項４）である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の１例を実施するためのシートベルト駆動装置のモータ制御系の概要を示す図である。図示していないが、モーターＭにはシートベルトリトラクターが結合され、モーターＭの回転により、シートベルトが巻き取られたり巻き戻されたりする。
【００１１】
ノイズフィルタはコンデンサＣ１、Ｃ２及びリアクタンスＬから形成され、スイッチング素子部からのノイズが直流電源側に逆流するのを防いでいる。ＣＰＵからは制御パルスＰ１〜Ｐ４が、ゲート回路ＧＡＴＥを介して、Ｐ１’〜Ｐ４’としてスイッチング素子であるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲートに与えられている。一方、ノイズフィルタを通った直流電源からの電圧は、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに接続され、モータ端子ＡはトランジスタＱ１のエミッタ及びトランジスタＱ４のコレクタに、モータ端子ＢはトランジスタＱ２のエミッタ及びトランジスタＱ３のコレクタに接続されている。さらに、スイッチングトランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタは接地されている。
【００１２】
たとえば、シートベルトのバックルが係合されると、ＣＰＵは外部情報としてこの情報を入力し、リレーＲＬのコイルに電圧をかけ、これによりリレーＲＬの接点が閉となって、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに電圧が印加される。ＣＰＵに、モータＭの回転方向、回転速度等の外部情報が入力されると、ＣＰＵはこれに応じて制御パルスＰ１〜Ｐ４を出力する。
【００１３】
図２に、モータＭを正方向に回転させるときの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)においては、制御パルスＰ３をハイレベルに保ち、制御パルスＰ１をオンオフする（以下、オンをハイレベル、オフをローレベルとする）。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ３はオンとなり、Ｑ１はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１４】
(b)においては、制御パルスＰ１をハイレベルに保ち、制御パルスＰ３をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ１はオンとなり、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ３のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１５】
(c)においては、制御パルスＰ１、Ｐ３を同期してオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフとなり、Ｑ１、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１６】
図３に、モータＭを逆方向に回転させるときの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)においては、制御パルスＰ４をハイレベルに保ち、制御パルスＰ２をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ４はオンとなり、Ｑ２はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ２のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。
【００１７】
(b)においては、制御パルスＰ２をハイレベルに保ち、制御パルスＰ４をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ２はオンとなり、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ４のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１８】
(c)においては、制御パルスＰ２、Ｐ４を同期してオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフとなり、Ｑ２、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。
【００１９】
モータの回転速度を変えるときは、図４に示すように、オンオフするパルスのパルス幅（Ｔ２）を一定とし、パルスレート（Ｔ１に相当する周期）を変えるか、パルスレートを一定（周期Ｔ１）とし、デユーティーレシオ（Ｔ２／Ｔ１）を変化させる。
【００２０】
モータを駆動しないとき、外力によりモータＭが回転しにくいようにするためには、図５に示すように、制御パルスＰ３、Ｐ４（又は制御パルスＰ１、Ｐ２）をオンとしたままにしておく。これにより、モータＭには直流電源からの電圧がかからないが、モータＭが外力により回転しようとすると、その起電力によりスイッチングトランジスタＱ３、Ｑ４を介して回生電流が流れ、回生制動により、モータＭが回転しにくくなる。
【００２１】
逆に、外力によりモータＭが回転しやすいようにするときには、制御パルスをオフとしておく。これにより、モータＭの回生電流が流れなくなり、回生制動がかからないので、シートベルトを軽く動かすことができる。
【００２２】
なお、図１において、サーミスタＴＨは、モータＭの温度を監視し、モータＭがオーバーロードとなって温度が上昇したとき、ＣＰＵにその情報を入力し、ＣＰＵによりモータＭの駆動を停止するために設けられている。また、モータＭに並列に接続されるフライホイールダイオードは図示を省略している。
【００２３】
本実施の形態においては、図４に示すＴ１に対応する周波数を３０ｋＨｚ前後として、人間の可聴周波数及びシートベルトリトラクターの共振周波数よりも高く設定している。よって、パルス駆動に伴うリップルのためにモーターＭに振動が発生しても、その振動音は人間に聞き取れないので不快感を与えることが無く、かつ、シートベルトリトラクターと共振して大きな振動が発生することが無い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る発明においては、パルス駆動によるリップルに伴ってモーターの振動が発生する場合でも、それが人間に聞き取られることが無く、不快感を与えることが無い。
【００２５】
請求項２に係る発明においては、パルス駆動によるリップルに伴ってモータの振動が発生する場合でも、それが機械系と共振して振動が大きくなることが無いので、大きな振動の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態の１例を実施するためのモーター駆動回路の回路構成を示す概要図である。
【図２】
モータを正方向に回転させるときの制御パルスの出力方法の例を示す図である。
【図３】
モータを逆方向に回転させるときの制御パルスの出力方法の例を示す図である。
【図４】
制御パルスのデューティ比を示す図である。
【図５】
外力によりモータが回転しにくいようにするときの、制御パルスの状態の例を示す図である。
【符号の説明】
ＣＰＵ…マイクロコンピュータ
Ｐ１〜Ｐ６、Ｐ１’〜Ｐ４’：制御出力（パルス）
ＧＡＴＥ：ゲート回路
Ｑ１〜Ｑ４：スイッチングトランジスタ
Ｍ：モータ
Ｃ１、Ｃ２：コンデンサ
Ｌ：リアクタンス
ＲＬ、ＲＬ２：リレー
ＴＨ：サーミスタ
ＳＷ：ＣＰＵ用スイッチ