JP2005513987A - 電気モータを過負荷から保護するための方法および回路装置 - Google Patents

Abstract

電気モータ（１０）および／または該モータのドライブ回路（１２）を緊急時作動において過負荷から保護するための方法およびこの方法を実施するのに適している回路装置が提供される。本発明の方法および所属の回路装置は殊に、パルス幅変調を用いて作動される、自動車の直流ファンモータを保護するために用いられ、その際ドライブ回路は緊急時制御部として構成されていて、モータ出力段（２２）に前置接続されているマイクロコントローラ（１６）と過電圧を検出するためのコンパレータ装置（１４）とを備えている。本発明の措置は、電気モータ（１０）の通常のドライブ（１２）における障害に基づいて高められたバッテリー電圧および同時にアクティブにされる非常時制御部の場合の過電圧保護を保証している。このために少なくとも１つの過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１，Ｕ_ｓ２）が決められ、それを上回るとモータに供給される電力が低減されるまたは遮断される。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の電気モータおよび／またはそのドライブ回路を過負荷から保護するための方法並びにこの形式の方法を実施するための回路装置から出発している。これに対しては、ＤＥ１９９４４１９４Ａ号から、モータの出力段が電子的な制御ユニットを介してＰＷＭ制御信号を用いてドライブ可能でありかつ給電電圧によって給電可能であるという形式の、電子的にコミュテート可能なモータに対する過電圧保護が公知である。その際モータの過負荷が保護される最大負荷への制限は次のようにして実現される：給電電圧の大きさとＰＷＭ制御信号に対して前以て決められている目標値の大きさとに依存して遅くともモータの定格電圧を上回った時点から、出力段に対するＰＷＭ制御信号のパルス幅をモータ出力の制限によりモータおよび電子部品の過負荷を妨げる値に低減する。しかしこの形式の回路装置は、ＰＷＭ信号による出力段のドライブ自体に障害がないときにしか過負荷保護を行えない。
【０００２】
本発明の課題は、ドライブ回路自体に障害があった場合にも電気モータおよびその電力供給部を過負荷から確実に保護できるようにした、電気モータおよび／またはそのドライブ部を過負荷から保護するための方法並びにこの形式の方法を実施するのに適している回路装置を提供することである。このことは請求項１に記載の方法によって並びに請求項８に記載の回路装置によって実現される。ここでは殊に、モータのいわゆる緊急運転時において、すなわちその通常のドライブ回路が故障しているまたは非作動状態にされているとき、過度のバッテリー電圧およびこれが原因で生じる、駆動力発生装置の過負荷の補償が保証されていることが確実なのである。
【０００３】
本発明の実施形態および発展形態は従属請求項および１２Ｖ直流車載電源系統を備えた自動車の直流ファンモータを保護するための実施例の説明から明らかである。本発明の方法は電気モータに対する緊急時作動の確実に行うために用いられるが、緊急時作動は自動車に対するファンモータの場合一方において保証されなければならないが、他方においてそのことで損傷を招来することがあってはならない。その際注目すべきは殊に、冷却ファンの出力段のドライブ線路の断線、すなわち出力段のドライブ信号の正常な受信、および切り換えられる給電電圧、すなわち自動車において点火スイッチを介して導かれるバッテリー電圧の監視である、
有利な方法は、ドライブ回路において、それに達するまたはそれを上回るとモータに供給される電力が低減されるまたはモータが遮断されるようにする少なくとも１つの過電圧しきい値が定められているように構成されている。有利には方法および回路装置は、第１の過電圧しきい値を下回るとモータにバッテリー電圧の３０％および１００％の間の領域に相応する電力を供給するように構成されている。この場合第１の過電圧しきい値に達するまで完全なバッテリー電圧に相応する電力がモータに印加されるようにすることができるが、選択的に電力は緊急時制御の活性化によってまたはバッテリー電圧に達することによって既に例えば１／２の電力値に低減されるようにしてもよい。完全なバッテリー電圧はパルス幅変調では１００％のキーイング比を用いたドライブに相応し、１／２のバッテリー電圧の場合キーイング比は５０％である。しかし有利には２つの過電圧しきい値が前以て決められており、その際電気モータに第１のしきい値を下回っている場合には完全なバッテリー電圧に相応する電力が供給され、一方第１のしきい値と第２のしきい値との間では有利にはバッテリー電圧の５０％に低減された電力がモータに入力される。それから第２の過電圧しきい値に達するとモータは遮断されて、モータ自体および／またはその出力段の過電圧が防止されるようにしている。
【０００４】
調整される緊急時作動が行われる本発明のモータドライブ部の一部である電圧監視回路は過電圧しきい値の数に相応する数のコンパレータを備えているコンパレータ装置を有しており、これらコンパレータには一方においてその都度定められている過電圧しきい値に相応する参照電圧および、トリガ量としてその辞典のバッテリー電圧に相応する参照値が供給される。このようにして、特別簡単かつ確実な方法で、駆動力発生装置の過電圧の防止が保証されている。というのは、制御は過負荷そのものを表している量に基づいて行われるからである。
【０００５】
電気モータおよび／またはそのドライブ部を過負荷から保護する、例えば自動車の直流ファンモータを保護するために特別適している回路装置は、供給される電力が緊急時作動の辺りで作用するＰＷＭドライブ回路によってはもはや保証することができない緊急時作動における過負荷から保護するために電気モータに付加的に、モータ出力段に前置接続されていて、給電電圧の監視のためのコンパレータ装置が配属されているマイクロコントローラが設けられている。この緊急時制御は、断線またはパルス幅変調および／またはモータ出力段の切り換えられる給電電圧の目標値信号の誤った供給の際に、モータ出力段に１つまたは複数の過電圧しきい値に相応して１つの制御電圧が供給されることによって作用し、これらは監視されかつマイクロコントローラに指示される。
【０００６】
本発明の更なる詳細および有利な形態は以下の実施例の説明から分かる。
【０００７】
図面につき
図１は、変化するバッテリー電圧Ｕ_ｂａｔに依存したモータに供給される電圧のキーイング係数ＴＶの経過を示し、
図２は、自動車に対する冷却ファンの緊急時作動に対する本発明の過負荷保護の回路装置を示している。
【０００８】
図１にはパルス化された給電電圧のキーイング比ＴＶが百分率（衝撃係数）でバッテリー電圧Ｕ_ｂａｔに関して示されている。表示を簡単にするために、キーイング比ＴＶでは５０％および１００％に対する値だけが示されている。バッテリー電圧に対して１３Ｖ〜１６Ｖの値がマーキングされている。この場合１３Ｖのバッテリー電圧は正常な給電電圧に相応し、第１の過電圧しきい値Ｕ_ｓ１は１４Ｖのところに定められており、第２の過電圧しきい値Ｕ_ｓ２は１６Ｖのところに定められている。
【０００９】
図１の表示では、駆動力発生装置の給電電圧の平均値に相応するキーイング比ＴＶの種々の経過が図示されている。一点鎖線で示されているラインによってパルス幅変調の通例の経過が示されており、その際正常な１３Ｖのバッテリー電圧の下方では１００％のキーイング係数に相応する全電圧が印加され、一方この値の上ではキーイング比−図示の例では線形−は低減されかつ１６Ｖのバッテリー電圧では値零に達する。給電電圧のこの形式の制御は冒頭に挙げたＤＥ１９９４４１９４Ａに記載されている。
【００１０】
緊急時作動においては殊に、上に説明した、図１で一点鎖線で示されている、給電電圧の調整が行われないことがある場合が考慮されなければならない。電気モータは通常作動時には１３Ｖの給電電圧に対して設計されているので、調整が行われない場合には、加えられる１６Ｖという給電電圧がモータおよびその出力段をいずれにせよ過負荷することがあるが、こうしたことは本発明の制御では妨げられる。
【００１１】
図１には実線で電圧経過が示されている。つまりこの経過では、ＰＷＭドライブが欠けた後、１４Ｖの値まで完全なバッテリー電圧がモータに印加される。この僅かな過負荷は通常の場合には例えば自動車用冷却ファンモータおよびその出力段ではまだ損傷されずに持ちこたえられる。それから１４Ｖの第１の過電圧しきい値Ｕ_ｓ１に達した後、キーイング比は５０％に戻されるので、モータには半分のバッテリー電圧が加わるだけである。これにより、モータの十分な緊急時電力がなお可能である。それから１６Ｖという第２の過電圧しきい値Ｕ_ｓ２に達してようやく、給電電圧は遮断される。
【００１２】
別の択一例は図１には破線によって示されている。これは、緊急事態の発生の際直接、給電電圧を５０％のキーイング比に相応して半分に戻しかつこの値を第２の過電圧しきい値Ｕ_ｓ２での遮断まで維持するということを可能にするものである。別のしきい値を設定することも勿論可能である。例えば、第１の過電圧しきい値Ｕ_ｓ１を既に１３Ｖというバッテリー電圧の定格値に定めかつこの値に達すると電圧を低減することが考えられる。この場合、緊急時作動においてキーイング比ＴＶの調整される低減を、例えば障害が生じていない作動の場合の一点鎖線の経過に相応して行うことも可能である。
【００１３】
図２には、自動車の直流ファンモータおよびそのドライブ回路１２を過負荷から保護するための回路装置が示されている。図面には電気モータがファンと一緒に１０で示されている。これにはドライブ回路１２からパルス幅変調された電圧ＰＷＭ_ｍｏｔが給電される。ドライブ回路１２は実質的に、コンパレータ装置１４、マイクロコントローラ１６およびモータ出力段２２から成っている。電気モータ１０の正常作動時でのドライブは自動車において通例モトロニークと称される制御装置１８を介して行われる。制御装置はマイクロコントローラ１６にＰＷＭの目標値を供給する。更にマイクロコントローラ１６はコンパレータ装置１４の出力側および点火スイッチの後ろの切り換えられるバッテリー電圧Ｕ_１５に接続されている。パルス幅変調された制御信号ＰＷＭを有するマイクロコントローラ１６の出力側はモータ出力段２２に接続されている。モータ出力段は更に図示されていない車両バッテリーに接続されておりかつそこからバッテリー電圧Ｕ_ｂａｔを得ている。モータ出力段２２の出力側でパルス幅変調された電圧ＰＷＭ_ｍｏｔがモータ１０に加えられる。
【００１４】
コンパレータ装置１４は実施例において２つのコンパレータ２４および２６から成っている。これらの非反転入力側にはそれぞれ、実時点のバッテリー電圧から導出される参照値Ｕ_ｒｅｆが加えられる。これはその都度、図１に基づいて既に説明した過電圧しきい値Ｕ_ｓ１ないしＵ_ｓ２と比較される。これらは自動車の１２Ｖ車載電源系統の場合有利には、モータ１０の給電電圧としての１３Ｖの通常の作動電圧に対する限界値として、Ｕ_ｓ１に対しては１４Ｖの値に固定されかつＵ_ｓ２に対しては１６Ｖの値に固定される。
【００１５】
モータ１０の緊急時作動に対する障害発生量として殊に、モトロニーク１８の出力信号ＰＷＭ_ｓｏｌｌが監視される。従ってモトロニーク１８とマイクロコントローラ１６との間の接続が中断された場合モータ１０または出力段２２に、ドライブ信号のパルス幅変調の障害と同時にバッテリー電圧Ｕ_ｂａｔの過度の上昇が発生するとき過負荷が生じる。
【００１６】
緊急時制御を活性化する別の基本は自動車の点火スイッチの後ろの切り換えられるバッテリー電圧Ｕ_１５の中断とすることができるが、この障害というものはモトロニーク１８のドライブ信号の障害と同時にまたは別個に発生する可能性がある。
【００１７】
障害発生時にコンパレータ装置１４においてコンパレータ２４の反転入力側に過電圧しきい値Ｕ_ｓ１に相応する１４Ｖの信号が加わり、一方コンパレータ２６の反転入力側に１６Ｖの過電圧しきい値Ｕ_ｓ２に相応する入力信号が加わる。コンパレータ２４および２６の２つの非反転入力側には参照電圧Ｕ_ｒｅｆが加わり、その大きさは実時点のバッテリー電圧Ｕ_ｂａｔによって決められる。
【００１８】
図１の実線に相応する緊急時プログラムでは、コンパレータ装置１４およびそれとともに緊急時制御部は、バッテリー電圧がしきい値Ｕ_ｓ１に相応する１４Ｖの値を上回らない限り活性状態にはならない。この時点まで、キーイング比ＴＶは１００％でありかつバッテリー電圧は完全な高さでモータ出力段２２を介して電気モータ１０に加えられる。１４Ｖの過電圧しきい値Ｕ_ｓ１に達すると、キーイング比ＴＶは５０％の値に低減されかつ半分のバッテリー電圧がモータに達し、ついには１６Ｖの過電圧しきい値Ｕ_ｓ２に到達しかつモータ１０の電流供給は遮断される。図１に示されている、緊急時作動において低減されるバッテリー電圧の経過に対しても相応のことが当てはまる。一点鎖線では障害個所２８および／または３０に障害が発生すると直ちに給電電圧がキーイング係数を５０％に低減することで半減されかつこの高さでモータ１０に加わり続けて、ついには１６Ｖの過電圧しきい値Ｕ_ｓ２に達しかつモータは遮断される。
【００１９】
図１の一点鎖線に相応して、緊急時作動においても調整される給電を保証することができる。更に、付加的な過電圧しきい値を定めかつ給電電圧が低下した際の中間段を実現することができる。その際ドライブ回路１２における監視機能はマイクロコントローラ１６によってＰＷＭ_ｓｏｌｌ信号または切り換えられる給電電圧Ｕ_１５の完全な欠落に制限されず、マイクロコントローラ１６において殊に量ＰＷＭ_ｓｏｌｌおよびＵ_１５の、合理性チェックが行われる。その際例えば量Ｕ_１５およびＰＷＭ_ｓｏｌｌに対して１０％ないし９０％の限界値を定めることができ、これらの値を下回るまたは上回ると障害事象が信号報知される。
【００２０】
この形式のドライブ回路１２のパルス幅変調のクロック周波数は通例、１００Ｈｚと３００Ｈｚの領域にありかつこのクロック周波数も監視され、その際同じく僅かな変動は障害事象としては評価されない。最終的に、モトロニーク１８に代わっていずれか別の調整または制御ユニットをパルス幅変調のために使用することができ、殊にこれはマイクロコントローラ１６に集積されていてもよい。通常の調整または制御が故障した場合かつ同時に、高められたバッテリー電圧が発生した場合モータ１０またはその出力段２２が過負荷されずに、この場合モータ１０の更なる作動を前以て決められている範囲で維持する緊急時制御が始められるようにすることが重要である。
【００２１】
従って本発明の回路装置により、通常は前置接続されている、例えばドライブ線路が断線してもバッテリー電圧が高められた場合に過負荷を妨げることができないモトロニーク１８の形のモータ制御の故障時のモータドライブ部内の内部の電圧補償が可能にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
変化するバッテリー電圧Ｕ_ｂａｔに依存したモータに供給される電圧のキーイング比ＴＶの経過を示す波形図である。
【図２】
自動車用冷却ファンの緊急時作動に対する本発明の過負荷保護の回路装置のブロック図である。

Claims (10)

1. モータ（１０）および／または該モータのドライブ回路（１２）を過負荷から保護する、例えば自動車の直流ファンモータを保護するための方法であって、
   電気モータには、供給される電力のパルス幅変調される制御（ＰＷＭ）のためのモータ出力段と高められた給電電圧の発生時にモータ出力を制限するための制御部とが配属されている
   そういう形式の環境で行われる方法において、
   電気モータ（１０）の緊急時作動の過負荷保護を、モータ出力段のドライブ部（８）に障害（２８，３０）が発生した際に緊急時制御（１４，１６）を活性化することによって働かせ、ここで
   電気モータ（１０）に定められている緊急時電力が供給され、該緊急時電力は給電電圧の第１の過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１）より下方で前以て決められている値または経過を有しておりかつ１つまたは複数の過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１，Ｕ_ｓ２）を上回ると低減または遮断される
   ことを特徴とする方法。
2. 第１の過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１）を下回っている電気モータ（１０）にバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）の３０％および１００％の間の領域、例えば完全なバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）に相応する電力を供給する
   請求項１記載の方法。
3. ２つの過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１，Ｕ_ｓ２）が予め設定されており、ここで第１のしきい値（Ｕ_ｓ１）と第２のしきい値（Ｕ_ｓ２）との間にある電気モータ（１０）には、バッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）の３０％および７０％の間の領域、有利には半分のバッテリー電圧に相応する電力が供給される
   請求項１または２記載の方法。
4. 電気モータ（１０）を第２の過電圧しきい値（Ｕ_ｓ２）に達した際に遮断する
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 自動車の１２Ｖ車載電源網に使用するようになっていて、
   第１の過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１）が１４Ｖの値に決められている
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 自動車の１２Ｖ車載電源網に使用するようになっていて、
   第２の過電圧しきい値（Ｕ_ｓ２）が１６Ｖの値に決められている
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 電気モータ（１０）の電力を緊急時作動においてコンパレータ装置（１４）を有する電圧監視回路を用いて調整し、ここでコンパレータ装置には過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１，Ｕ_ｓ２）に対する参照値としてバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）に相応する参照電圧（Ｕ_ｒｅｆ）が供給される
   請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 電気モータ（１０）および／または該電気モータのドライブ回路（１２）を過負荷から保護する、例えば自動車の直流ファンモータを保護するための回路装置であって、
   電気モータに供給される電力のパルス幅変調される制御（ＰＷＭ）のためのモータ出力段と、高められた給電電圧の発生の際にモータ出力を制限するための制御部とを備えた、
   例えば請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施するための回路装置において、
   電気モータ（１０）の緊急時作動における過電圧保護のために電気モータのドライブ回路（１２）が緊急時制御部（１４，１６，２２）として実現されており、該緊急時制御部はＰＷＭ目標値発生器（１８）およびモータ出力段（２２）に対して付加的に、これらに前置接続されているマイクロコントローラ（１６）を有しており、該マイクロコントローラはパルス幅変調の目標値信号（ＰＷＭ_ｓｏｌｌ）および／または切り換えられる給電電圧（Ｕ_１５）が遮断されているまたは誤って供給される際にモータ出力段（２２）に該マイクロコントローラにおける少なくとも１つの過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１，Ｕ_ｓ２）の予設定に相応して制御電圧（ＰＷＭ）を供給する
   ことを特徴とする回路装置。
9. 緊急時制御部（１４，１６，２２）はコンパレータ装置（１４）を有しており、該コンパレータ装置には一方においてバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）に相応する参照電圧（Ｕ_ｒｅｆ）が供給されかつ他方において比較値として正常なバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）の上方の少なくとも１つの過電圧しきい値（Ｕ_ｓ１，Ｕ_ｓ２）が供給される
   請求項８記載の回路装置。
10. 自動車の１２Ｖ車載電源網に使用されるようになっていて、
    コンパレータ装置（１４）は２つのコンパレータ（２４，２６）を有しており、該コンパレータには一方において実時点のバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）から導出される参照値（Ｕ_ｒｅｆ）が供給されかつ他方において約１３Ｖの通常のバッテリー電圧（Ｕ_ｂａｔ）の上方にある約１４Ｖの過電圧しきい値ないし約１６Ｖの過電圧しきい値が前以て与えられるようになっている
    請求項８または９記載の回路装置。

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