JP2003536356A - 直流電動機の駆動軸の回転位置を算定する方法 - Google Patents

直流電動機の駆動軸の回転位置を算定する方法

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Abstract

(57)【要約】 電機子電流信号中に含まれる電流リプルを評価することによって直流電動機の駆動軸の回転位置を算定する方法において、・直流電動機の通電時と最初の電流リプルの検出時との間で経過する時間スパン(tStart ) を算定すること、・最後の電流リプルの検出時と直流電動機の電機子の停止時との間で経過する時間スパン(tStop) を算定すること、この場合、この直流電動機は、この直流電動機の遮断と同時に発電動作に切り替えられて、さらなる電流リプルが検出される、・各時間スパン(tStart , t Stop) に対応する電流リプル成分を算出すること、及び、・これらの電流リプル成分を電流リプルのカウントの評価に算入することを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、電機子電流信号中に含まれる電流リプルを評価することによって直
流電動機の駆動軸の回転位置を算定する方法に関する。
【０００２】 直流電動機の電機子信号は、いわゆる直流成分とこの直流成分に重畳している
交流成分を含む。この交流成分は、直流電動機の稼働時に直流電動機の磁石（の
場），電機子巻線及び整流子による共同作用の結果として直流電動機の稼働時に
発生する。このことは、誘導電圧の短期間の変化の形で現れる。電機子電流信号
の正弦波部分が、その変化から生じる。この電機子電流信号中に含まれる電流ピ
ーク−以下電流リプルという−が、電機子の回転時に整流子片の数に相当する頻
度で発生する。例えば電機子が 10 個の整流子片を有するならば、それに応じて
10 個の電流リプルを電機子電流信号中で識別することができる。したがって、
これらの電流リプルのカウントは、直流電動機の電機子の実際の回転位置に関す
る情報を伝えると同時に、所定の運動区間内でこの直流電動機によって駆動され
る要素に関する情報も伝えることができる。この目的のために、アナログ式の電
機子電流信号がデジタル化されて、それに応じたカウントが実行され得る。この
ような方法は、例えばウィンドウハンドル及びスライディングルーフ又はウィン
ドウハンドル若しくはスライディングルーフ用に設けられているようなサーボ駆
動機構を制御する例えば自動車産業の分野で使用される。例えば（自動車の）ウ
ィンドウの位置の検出における重要な事柄は、（手などの）挟み込みの保護がこ
のウィンドウの閉まる際に解除されてしまうことがある点である。すなわち、電
動機が（その挟み込み時の）負荷の上昇のせいで停止することなしに、ウィンド
ウが、そのウィンドウの上側のフレーム内とそこに設けられたシール内とに沿っ
て完全に係入され得るようにするために、このような解除は必要である。電流リ
プルを不正確にカウントしてウィンドウの位置を算定した場合は、その挟み込み
の保護が早すぎて又は遅すぎて解除されてしまうことがある。
【０００３】 位置の精密測定中の不正確さは、直流電動機の通電時の電動機の始動時と直流
電動機の遮断時の電動機の停止時とによって生じる。最初の電流リプルが、直流
電送機の始動においてこの直流電動機の電機子の所定の回転運動の経過後になっ
て初めて検出可能であることが、これらの不正確さの原因である。このことは、
電動機の停止時にも当てはまる。この場合、従来の方法では、直流電動機の遮断
後の電流リプルの検出が不可能である。そのため、電動機の停止段階中の電機子
の運動が、位置の測定中に検出され得ない。
【０００４】 本発明の課題は、説明したこの従来の技術から出発して、位置測定がより高い
精度で可能であるように構成して、冒頭で述べた種類の方法を改良することにあ
る。
【０００５】 この課題は、本発明により、冒頭で述べた種類の方法によって解決される。こ
の方法は、 ・直流電動機の通電時と最初の電流リプルの検出時との間で経過する時間スパン を算定すること、 ・最後の電流リプルの検出時と直流電動機の電機子の停止時との間で経過する時 間スパンを算定すること、この場合、この直流電動機は、この直流電動機の遮 断と同時に発電動作に切り替えられて、さらなる電流リプルが検出される、 ・各時間スパンに対応する電流リプル成分を算出すること、及び、 ・これらの電流リプル成分を電流リプルのカウントの評価に算入することを特徴
とする。
【０００６】 この方法の請求項の対象では、電流リプルが電動機の始動時にまだ検出不可能
である運動成分も、計数器のカウント結果に算入される。このこと（この運動成
分）は、例えば最初の電流リプルが生成されるように回転させなければならない
電機子の回転角度値である。この回転角度値は、（この最初の電流リプルと）相
前後して続く２番目の電流リプルとの回転角度差よりも基本的に小さい。したが
って、直流電動機のこの最初の始動段階中では、電機子が、最初の電流リプルを
検出するまでに１つの電流リプルに算入される周期よりも小さい回転角度値だけ
回転される。この最初の電流リプルを検出するまでの電動機のこの最初の始動段
階中の電流リプル成分が、どの程度の大きさかを評価するため、直流電動機の通
電時、すなわち投入時と最初の電流リプルの検出時との間で経過する時間スパン
が、まず最初に算定される。次のステップでは、この時間スパンに相当する電流
リプル成分が、実際に検出された電流リプルの特性値を利用して評価される。直
流電動機の停止時、つまり直流電動機の遮断時にも、同様に実行される。この場
合、直流電動機が、その遮断時の最初のステップ中に発電動作に切り替えられる
。直流電動機がその発電動作に切り替わると、電流リプルの検出が、停止する電
機子によって引続き可能である。最後の電流リプルの検出時と電機子の停止時と
の間で経過する時間スパンが、電動機の始動時と同様に直流電動機の遮断時にも
算定される。引続き、これらの時間スパンに相当する電流リプル成分が評価され
る。
【０００７】 電動機の始動段階と電動機の停止段階でのそれぞれの電流リプル成分の評価は
、所望の位置測定を十分特定して実現可能にするのに十分である。さらに、この
ような評価には、最も簡略化された周辺条件によって作動され得るという利点が
ある。その結果、負担、特に評価ユニット、例えばマイクロプロセッサにかかる
要求が僅かで済む。
【０００８】 これらの両電流リプル成分は、それぞれの時間スパン−電動機の始動段階又は
電動機の停止段階−に割当てられて検出された所定の基準電流リプルの周期と周
期との間を比較することによって目的に合わせて算出される。電動機の重要な特
性データが、定数としてこの比較に算入される。この場合、例えば、ここで問題
にしているこれらの時間スパン内では、負荷が一定である。所定の数の電流リプ
ルが最初に検出された電流リプルの後に検出される電流リプルが、この最初の電
流リプルを検出するまでの電動機の始動段階の間に電流リプル成分を算出するた
めの基準電流リプルとして有効に利用される。このことは、電動機の始動段階中
の検出誤差がこの最初の電流リプルの検出後にも電流成分の算定に算入されない
ようにするために実行される。電動機が遮断されるか又は切り替わる直前に検出
された電流リプルが、電動機の停止に関する時間スパン内の電流リプル成分を算
定する基準電流リプルとして有効に利用される。
【０００９】 図１は、アナログ式に濾波された電機子電流信号とその下にあるこの電機子電
流信号から導き出されたデジタル式の電流リプル信号とをグラフで示す。さらに
、電流リプル成分が、電動機の始動ｔStart の間の位相に対して測定されなけれ
ばならない点に特徴がある。所望の電流リプル成分を測定できるようにするため
、基準電流リプルとして使用される周期ｔPer も識別可能である。
【００１０】 この最初の時間スパン内の電流リプル成分がどの程度の大きさかの算出は、例
えば以下の方法で算出され得る： 電流リプル成分＝ｔStart ・ｋ／ｔPer この場合、ｋは、電動機特性データ定数を示し、ｔPer は、基準電流リプルの
周期を示す。
【００１１】 図２は、電動機が停止したときのアナログ式に濾波された電機子電流信号とそ
こから算定された電流リプルとを対応するグラフで示す。直流電動機が、時点ｔ1 にその直流電動機の発電動作に切り替えられる。その結果、電流リプルが、停
止段階に電機子電流信号中で検出可能である。電機子の或る程度の回転運動が、
−この図中にｔStopで示された−最後の段階で確かにまだ存在するものの、電流
リプルはもはや検出できない。この最後の回転運動が、どれだけの数の電流リプ
ル成分に相当するのかを評価するため、電動機の通電時の最後に検出された回転
運動が、基準電流リプルとして利用される。そして、周期ｔPer が、そこから算
定される。電流リプル成分が、電動機の始動段階ｔStart 中に算定されるときと
同様に、電流リプル成分が、電動機の停止に関するこの時間スパンｔStop中に同
様に算定される。この場合、この算定でも、電動機の重要な一定の特性データ、
例えば負荷を基礎にする。この評価は、以下に再び示された式にしたがって実行
され得る： 電流リプル成分＝ｔStop・ｋ／ｔPer この場合、同様に、ｋは、電動機の重要な特性データを含んだ定数である。
【００１２】 不正確さが本発明の方法によって低減されていることが、この発明の説明から
分かる。電流リプルが生成されて検出され得ることなしに、直流電動機の電機子
の回転運動が、この電動機の始動時に又はこの電動機の停止時に或る特定の割合
だけ起こることによって、これらの不正確さは発生する。これらのリプル成分は
、例えば固有の計数器内でカウントされ得る。この場合、この計数器が全てのカ
ウント結果を有するならば、この計数器は、１つの計数パルスを本来の電流リプ
ル計数器に転送する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アナログ式に濾波された電機子電流信号とその下にあるこの電機子電流信号か
ら導き出されたデジタル式の電流リプル信号とをグラフで示す。
【図２】 電動機が停止したときのアナログ式に濾波された電機子電流信号とそこから算
定された電流リプルとを対応するグラフで示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＧ，Ａ Ｌ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ， ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 オッテ・シュテファン ドイツ連邦共和国、ヴィッテン、ヴィデイ ストラーセ、９ Ｆターム(参考） 5H571 AA03 BB07 CC04 FF06 GG01 JJ02 JJ13 JJ16 LL22 MM04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電機子電流信号中に含まれる電流リプルを評価することによ
    って直流電動機の駆動軸の回転位置を算定する方法において、 ・直流電動機の通電時と最初の電流リプルの検出時との間で経過する時間スパン (tStart ) を算定すること、 ・最後の電流リプルの検出時と直流電動機の電機子の停止時との間で経過する時 間スパン(tStop) を算定すること、この場合、この直流電動機は、この直流電 動機の遮断と同時に発電動作に切り替えられて、さらなる電流リプルが検出さ れる、 ・各時間スパン(tStart , t Stop) に対応する電流リプル成分を算出すること、 及び、 ・これらの電流リプル成分を電流リプルのカウントの評価に算入することを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】 各時間スパン(tStart , t Stop) に対応する電流成分を算出
    するため、それぞれの時間スパン(tPer ) に割当てられて検出された所定の基準
    電流リプルの周期と周期との間が比較され、この場合、電動機の重要な特性デー
    タが、定数（ｋ）としてこの比較で算入されることを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 電動機の始動に関する時間スパン(tStart ) 内の電流リプル
    成分を算定するため、最初の電流リプルの検出後に検出された電流リプルが、基
    準電流リプルとして利用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 電動機の停止に関する時間スパン(tStop) 内の電流リプル成
    分を算定するため、この電動機が遮断されるか又は切り替わる直前に検出された
    電流リプルが、基準電流リプルとして利用されることを特徴とする請求項２又は
    ３に記載の方法。
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