JP2004527199A - 整流子直流モータの駆動軸の回転位置を特定することを補正する方法 - Google Patents

Abstract

最終的に電流リップルが検知された後、定まった時点を取り囲む許容範囲内で他に電流リップルが検知されない場合に、不正リップルが発生した際、電機子電流信号中に含まれる電流リップルを評価することによって整流子直流モータの駆動軸の回転位置を特定することを補正する方法において、
計数結果の補正を必要としないで、かつ予想される電流リップル検知の時点を取り囲む許容範囲の大きさを、直流モータの変化する作動状態に動力学的に適合させることを特徴とする方法。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、最終的に電流リップルが検出された後、定まった時点を取り囲む許容範囲内で、他に電流リップルが検出されない場合に、不正リップルが発生した際、電機子電流信号中に含まれる電流リップルを評価することによって整流子直流モータの駆動軸の回転位置を特定することを補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
整流子直流モータの電機子電流信号は、直流成分ならびに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モータの磁石（磁場）と電機子巻線と整流子の作用の結果として、直流モータを作動する際に発生する。このことは誘導電圧の短時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。電機子電流信号内に含まれる電流ピーク−以下電流リップルという−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個の電流リップルを電機子電流中で識別することができる。したがって、これらの電流リップルのカウントは直流モータ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、駆動される要素の所定の運動区間内で駆動されるこの要素に関する情報を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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし特に負荷をかけて直流モータを作動する際、電機子電流信号中に含まれる電流リップルは歪むことがある。この場合、このような歪みは二つの電流ピークにより確認できる。これらの電流ピークは二重リップルと呼ばれる。このような電機子電流信号のデジタル化中、電流ピークが、このような歪みによってこの位置に一つ現れる代わりに、二つの電流リップルを電流リップル信号としてカウントする。しかしこの二重リップルをカウントすると、駆動される要素の位置は誤って特定してしまう。従って、このことは電機子軸が実際に回転運動する際の、不正リップルと言われる電流リップルが発生していないこととみなされる。これらの誤差は整流子に起因するので、電機子電流信号を評価することよって簡単には除去できない。
【０００４】
ドイツ国特許第１９７２９２３８号明細書（特許文献１）から、計数結果内で予想される電流リップルが発生しないことが、予想される電流リップルが取り囲む許容範囲の予想される時点以内で識別されない場合にのみ補正される構成が公知となっている。許容領域は明確に規定されている。従って、この特許文献１から公知の方法の場合、確率上最も近い整流時点（電流リップル）の計算された時点は、所定の許容範囲の大きさだけ拡大される。このようにして、計算された時点においてかあるいはそれより前に、発生しなかった電流リップルは、たとえ許容範囲内において電流リップルが検出されなくても、単に不正リップルとして識別される。この方法によって、満足すべきリップル検出は、直流モータの動作が静止しているかあるいはほぼ静止しているかの場合に可能であって、その際さらに不正リップルかあるいは二重リップルに対応するように補正する。電流リップルは許容範囲の上限を超えて初めて時間的に検出される場合、電流リップルが誤って生じないことがシステム的に推論され、対応して計数結果は補正される。しかし直流電動モータが作動している場合、電流リップルの周期の継続時間があたかも飛躍的に広がるような作動状態が生じることになる。例えばこのような作動状態は、負荷トルクが飛躍的に増大する場合、例えば電動モータがストッパに抗して作動した場合に起こる。電流リップルがこのような状況であるならば、電流リップルは許容範囲をすぎると直ちに、検出されるので、計数結果の補正はシステム的に誤って行なわれる。従って整流子シャフトの位置決めは誤って判断をされている。このようなことを繰り返すと、計数結果はますます誤った判断をされる。
【特許文献１】
ドイツ国特許第１９７２９２３８号明細書
【０００５】
本発明の課題は、従来技術のこのような論点から出発して、従来技術の公知の状況に対して示された、不正リップルによる間違った判断が回避され、少なくとも十分減少するように、始めに述べた種類による方法を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本課題は、計数結果の補正を必要としないで、かつ予想される電流リップル検出の時点を取り囲む許容範囲の大きさを、直流モータの変化する作動状態に動力学的に適合させることにより解決される。
【０００７】
本発明による方法によれば、従来技術の公知の状況とは対照的に、何の静力学上の許容範囲も設定しないのではなく、この許容範囲を直流モータの作動状態にその都度適合させる、かつ変化する作動状態に応じてこれに適合させる。例えばこのような直流モータが、連続した動作−許容範囲をこの動作に適合させ、かつこの動作の場合に変化しないかあるいはわずかに変化する−の後、ストッパ−このストッパよって負荷トルクが飛躍的に増大する−に抗して作用する場合、この変化する作動状態への適合は、許容範囲をこの作動状態に適合させるように行なわれる。この場合記載例ではこの許容範囲は拡大する。その時許容範囲が拡大することによって、作動状態が変化するために、記載例に一致するように延ばされた電流リップルの周期は、適合される許容範囲内で尚検出される。従って、計数結果が実際に検出される電流リップルの総数と一致するので、作動状態が変化する場合にも−説明したように−電機子シャフトの所望の位置決めは正確な状態をとどめている。
【０００８】
電流リップル検出が見込まれる許容範囲は、直流モータの作動状態が変化することに依存して拡大しそれと同様に縮小もする。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、許容範囲はデジタル化された電機子電流信号の変化量に依存して調整されることが予想される。この場合、許容範囲は平均値が上昇する時は拡張し、平均値が降下する時は縮小する。この実施例に従って許容範囲を適合させる場合に、許容範囲は現時点からさかのぼった作動状態に依存して適合する。その際、平均値の変化は変化の間隔に分割されているので、許容範囲の大きさの適合は徐々に行なわれる。現時点から遡った、所定の時間間隔を観察すれば、平均値を決定するのは十分ことたりる。時間間隔の計量は、一定に設定されているか、あるいはさらに、直流モータの作動状態の計算費用を最小限にするために適合するように設計されている。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、許容範囲の調整は、モータ電流データとモータ特性から計算されたモータ回転数の変化量に依存して行なわれる。この実施例の場合、許容範囲は負の回転数変化が計算されると拡大する。反対に、正の回転数変化が計算されると許容範囲は縮小する。この方法を使用するのは特に作動状態の場合に、言い換えると負荷トルクが飛躍的に上昇する場合に適している。
【００１１】
ある時点での負の回転数変化の決定を、現負荷トルクが短絡トルクへ飛躍的に上昇することに基づく回転数飛躍応答経過を計算することにより行なうことは目的にかなっている。回転数の変化がどれ位長く起こっているか、あるいは電機子軸がどれ位長く回転しているかは、これから導き出すことができる。例えばストッパに抗して直流モータを作動する場合のような、負荷トルクが飛躍的に上昇する場合に、さらに許容範囲は対応して拡大するので、検出の際にその作動の周期に関して延ばされた電流リップルは、許容範囲の内部で検出される。
【００１２】
計算サイクルは、電機子電流信号をデジタル化する検出サイクル毎において最大限に行なわれる。しかし、このことは基本的に必要ではない。むしろ、負荷トルクが飛躍的に上昇する際に、実際の作動状態から負の回転数変化の計算を電流リップル周期内で一度実行し、かつ別の検出時点に関してこの電流リップル周期内で推定して求めることが、絶えず十分に考慮される。
【発明の効果】
【００１３】
直流モータの様々な作動状態に関して、様々な補正方法を推し進めることおよび／または作動状態あるいは変化する作動状態に依存して、計算をより頻繁にかあるいはそれよりも少ない頻度で行なうことは原則的に可能である。このことに関連して、例えばこの方法の場合、回転数に関連する実施例に従って、直流モータの始動相において、必要なモータ電流データとモータ特性データを含む完全なモータモデルを実施することが可能であり、この初期相に、作動相が続き、この作動相の場合、負荷トルクが飛躍的に上昇した際の最大回転数変化を計算するために、ただ現モータ電流データの先行するモータデータとの差の観察のみが行われる。これにより計算費用が軽減する。
【００１４】
以下に、本発明を二つの実施例に基づき、添付された図に関連して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
【実施例】
【００１６】
図１に、ｙ軸線上に電機子電流が、ｘ軸線上に時間が示されているグラフ上に、アナログ電機子電流信号の変化を示す。この電機子電流信号の平均値の変動を決定するために、図１ａに示されたアナログ電機子電流信号を、まず第一に規定の周期に対応してサンプリングする。デジタル化された電機子電流信号が図１ｂで再度与えられている。このデジタル化された電機子電流信号から、まず第一にステップの平均値を形成し、その際ある時点で平均値を形成するために、いくつかの決められた数のデジタル化された電機子電流信号の時間的に遡った値をその都度使用する。電機子電流の平均値の変化が図１ｃに示されている。
【００１７】
図１ａから１ｃには、整流子直流モータの作動状態が図式化されて再度与えられており、この場合作動状態は停止位置に抗して作用する。例えばこのような直流モータの場合は車のドアの窓を開けるモータとして使用されているようなモータであり、直流モータが窓をフレーム内に動かす時、この作動状態は例えば窓を閉める際に生じる。さらにこの作動状態は、物を挟んだ状況の際にも生じる。このような作動状態にあっては、電機子電流信号は最大電流消費量により上昇し、同様に電機子電流信号から導き出された平均値経過の上昇において、図１ｃに相応して表される。従って、電機子電流信号の平均値の変化は、これが模範的に記載された作動状態の場合にデジタル化された電機子電流信号の平均値が上がることによって認められるような直流モータの作動状態を反映している。従って、電機子電流信号のデジタル化された平均値の経過を使用し、それにより平均値の変化に依存して、不正リップルの誤った解釈を回避するために使用される許容範囲を前もって定めることができる。予期された電流リップル検出の予め計算された時点に加算される許容範囲は、このようにして、検出されないリップルの誤った解釈を回避するために、変化する作動状態に適合される。記載された作動状態の例の場合、図１ｄに表したようなこの許容範囲はますます拡大し、その際示された実施例では、許容範囲は２５％の値から４５％の値まで、開始された作動状態の変化のために上昇する。さらにいまやこのように許容範囲が拡大することにより、電流リップル検出は、たとえこれがまず遅れて検出された場合であっても、（飛躍的に）変化する周期によって規定通りに可能である。本発明による方法の場合、作動状態に適合する許容値内で電流リップル検出が行なわれない時は、実際に検出される電流リップル数の結果の補正が行なわれる。さらに順応性のある許容範囲に適合させるには、飛躍的に変化する電流リップル周期を考慮するので、許容範囲内で電流リップルを検出しない場合、電流リップルは認められないので数量結果の補正は必要としない。
【００１８】
図２には、対応する図表に基づいて、変化する作動条件に依存した電流リップル検出の際、許容範囲に適合させるためのその他の実施例を示す。図２で最上位に描かれているグラフは、前に記載された実施例の図１ａと１ｂのグラフと一致しており、その際アナログ電機子電流信号のデジタルサンプリングされた値は、この曲線上で小さい升目を用いて特徴付けられている。直流モータに作用する負荷トルクが飛躍的に増大する際の、モータ電流データとモータ特性データから計算される最大の回転数変化は、この実施例では、許容範囲を調整する変数として用いられ、例えばこれは自動車の窓昇降用モータとして直流モータを使用する場合に（手を）挟まれた際に当てはまる。現在のモータ電流データをこの計算にインプットするので、電機子電流信号の経過の異なる時点において、様々な最大回転数変化が計算可能である。図２の図の下の列にこの演算を模範的に示す。伝達関数Ｇ（ｓ）として特徴付けられているモータの定格を考慮して、現在のモータ電流データは、ここにおいて、回転数変化ｎ（ｔ）の計算では、電圧ｕ（ｔ），電流ｉ（ｔ）そして負荷トルクＭ(ｔ)を含む。そのときに結果は計算された最大の回転数の変化を示し、この回転数の変化が図２の下列でグラフとして再度挙げられている。計算において勘案された負荷トルクＭ(ｔ)のグラフから、この実施例で示された計算の場合、最大短絡トルクに合わせて調整されることとなる、現在の負荷トルクが飛躍的に上昇することを出発点とすることが明らかになる。もちろん、この計算の代わりに、他の負荷トルクに依存した計算モデルの取り込みも可能である。その際、計算された最大回転数変化の曲線の経過の示すところに基づいて、電流リップル検出のための許容範囲が得られる。回転数が負の方向に急速に変動する場合、許容範囲は対応するようにして拡大される。
【００１９】
図２のグラフの中段において、このような計算を実行する際に生じる回転数の変化曲線は、電機子電流信号のその都度の最小値によって模範的に再現されている。この曲線から導き出される許容範囲の変化曲線は、図２では図示されていない。しかし許容範囲の変化は図１ｄの許容範囲の変化とほぼ一致する。
【００２０】
この方法の場合、最大の回転数変化の計算は、これが図２に示した実施例で示されているように、所定の時点で行われており、この場合このような計算を各々二つの最小値において実行する。さらにこの計算出力が自由にできることに依存して、この計算を電機子電流信号の経過内部で実行することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】電機子電流信号の平均値形成に基づいた不正リップルを誤って解釈することを回避するための許容範囲の適合を示すグラフ。
【図２】計算された回転数の変動に基づいた不正リップルを誤って解釈するのを回避するための許容範囲の適合を示すグラフ。

Claims (12)

1. 最終的に電流リップルが検知された後、定まった時点を取り囲む許容範囲内で他に電流リップルが検出されない場合に、不正リップルが発生した際、電機子電流信号中に含まれる電流リップルを評価することによって整流子直流モータの駆動軸の回転位置を特定することを補正する方法において、
   計数結果の補正を必要としないで、かつ予想される電流リップル検出の時点を取り囲む許容範囲の大きさを、直流モータの変化する作動状態に動力学的に適合させることを特徴とする方法。
2. 許容範囲が電機子電流信号の平均値の変化量に依存して調節され、その際、許容範囲が、平均値が上昇する場合には拡張し、下降する場合には縮小することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 電機子電流信号の平均値を観察する点で、現時点からさかのぼる一定の長さの時間間隔をインプットすることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 電機子電流信号の平均値を観察する点で、現時点からさかのぼる適応する長さの時間間隔を、直流モータの作動状態に依存してインプットすることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 許容範囲の大きさの適合を徐々に行なうことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 平均値がデジタル化された電機子電流信号から形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 許容範囲が、モータ電流とモータ特性データから計算されるモータ回転数の変化量に依存して決定し、その際、許容範囲が回転数変化が負である場合には拡大し、および／または回転数変化が正である場合には縮小することを特徴とする請求項１記載の方法。
8. ある時点での最大許容範囲を決定するために、負の回転数変化の決定を回転数飛躍応答経過を計算することにより行ない、この回転数飛躍応答経過が、現負荷トルクが最大短絡トルクに飛躍的に上昇することに基づくことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 負の回転数変化の計算を、電機子電流信号をデジタル化する検出サイクル毎に行なうことを特徴とする請求項７記載の方法。
10. 負の回転数変化の計算を電流リップル周期内で一度行ない、かつ検出時点に関しては電流リップル周期内で推定して求めることを特徴とする請求項７記載の方法。
11. 必要なモータ電流データとモータ特性データを用いて計算を行なう初期相の後、最大回転数変化を計算するための作動相が続き、現モータ電流データの、先行するモータデータとの差の考察が行われることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の方法。
12. 電流リップルの数量を補正するためのこのような補正方法が、モータ停止あるいはモータスタートの際の時間間隔内に行なわれることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一つに記載の方法。