JP2010110084A - Dc motor apparatus and window switching device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーウィンドウや電動サンルーフ等の自動開閉動作を制御するためのDCモータ装置およびこれを備えた窓開閉装置に関する。 The present invention relates to a DC motor device for controlling an automatic opening / closing operation of a power window, an electric sunroof or the like, and a window opening / closing device provided with the DC motor device.
DCモータは、電極間に電圧を印加して直流電流を供給するだけでモータを回転させることができ、印加電圧の制御によってモータの回転数が制御できるため、複雑な制御を必要としない機構に広く利用されている。例えば、自動車のパワーウィンドウの自動開閉機構として、DCモータを含むDCモータ装置が自動車のドアに設置されている。 A DC motor can rotate a motor simply by applying a voltage between electrodes and supplying a direct current, and the number of rotations of the motor can be controlled by controlling the applied voltage. Widely used. For example, as an automatic opening / closing mechanism for a power window of an automobile, a DC motor device including a DC motor is installed on the door of the automobile.
自動車のパワーウインドウの自動開閉機構に用いるDCモータ装置は、ドアに取り付けられたスイッチの操作により入力される操作信号を基にしてDCモータの正回転および逆回転のいずれかを選択制御するとともに、ウインドウガラスの全開時または全閉時にDCモータの回転を停止させる機能を備えている。さらに、パワーウインドウの自動開閉動作中に首や手が挟まれる等の場合にもDCモータの回転を停止させる機能を備えている。 A DC motor device used for an automatic opening / closing mechanism of a power window of an automobile selects and controls either forward rotation or reverse rotation of a DC motor based on an operation signal input by an operation of a switch attached to a door. It has a function of stopping the rotation of the DC motor when the window glass is fully opened or fully closed. Furthermore, it has a function of stopping the rotation of the DC motor even when the neck or hand is pinched during the automatic opening / closing operation of the power window.
このような機能を備えたパワーウィンドウの制御装置として、モータの動作に対応して繰り返しパルスを発生するパルス発生器を備え、パルスの周期を測定するものが提案されている(特許文献1を参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載のパワーウィンドウの制御装置は、モータの回転軸に取り付けられたギアの山を利用するか、またはホールICとセンサ用マグネットを用いてモータの回転に基づく磁界の反転を検出するパルス発生器を備えるものであることから、コスト上昇につながってしまう。
However, the power window control device described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、シンプルな構造で安価にDCモータの回転を制御することのできるDCモータ装置およびこれを備えた窓開閉装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a DC motor device that can control the rotation of a DC motor at a low cost with a simple structure and a window opening / closing device including the DC motor device.
本発明は、DCモータと、該DCモータの正逆回転を切り換えるためのHブリッジ回路と、該Hブリッジ回路を介して前記DCモータへ電流供給を行う電源部と、前記Hブリッジ回路の制御を行う制御部とを具備し、該制御部は、前記DCモータの電極端子間における周期的に変動する電位差を検知するとともに、前記DCモータが正回転しているときに前記DCモータの電極端子間における前記電位差の変動の周期が変化したことを検知すると、前記DCモータを停止または逆回転させるように前記Hブリッジ回路を制御することを特徴とするDCモータ装置である。 The present invention provides a DC motor, an H bridge circuit for switching forward and reverse rotation of the DC motor, a power supply unit that supplies current to the DC motor via the H bridge circuit, and control of the H bridge circuit. And a control unit that detects a periodically varying potential difference between the electrode terminals of the DC motor and between the electrode terminals of the DC motor when the DC motor is rotating forward. The DC motor device is characterized by controlling the H-bridge circuit so as to stop or reversely rotate the DC motor when it detects that the period of fluctuation of the potential difference is changed.
また本発明は、前記のDCモータ装置と、前記DCモータの正逆回転により開閉する窓部材とを具備することを特徴とする窓開閉装置である。 In addition, the present invention is a window opening and closing device comprising the DC motor device and a window member that opens and closes by forward and reverse rotation of the DC motor.
本発明のDCモータ装置によれば、DCモータの電極端子間における周期的に変動する電位差を検知するとともに、DCモータが正回転しているときにDCモータの電極端子間における電位差の変動の周期が変化したことを検知すると、DCモータを停止または逆回転させるようにHブリッジ回路を制御することで、安価でシンプルな構造にもかかわらず、DCモータの回転を制御することができる。 According to the DC motor device of the present invention, the periodically varying potential difference between the electrode terminals of the DC motor is detected, and the variation period of the potential difference between the electrode terminals of the DC motor when the DC motor is rotating forward. When the change is detected, the H-bridge circuit is controlled so as to stop or reversely rotate the DC motor, so that the rotation of the DC motor can be controlled despite the inexpensive and simple structure.
また本発明の窓開閉装置によれば、上記のDCモータ装置と、DCモータの正逆回転により開閉する窓部材とを具備することから、窓に首や手が挟み込まれるのを防止する安価な窓開閉装置を実現することができる。 In addition, according to the window opening and closing device of the present invention, since the above-described DC motor device and the window member that opens and closes by forward and reverse rotation of the DC motor are provided, it is inexpensive to prevent the neck and hand from being caught in the window. A window opening and closing device can be realized.
本発明の一実施形態を図面に基いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明のDCモータ装置の概略説明図であり、図2は図1に示すDCモータの内部構造の説明図である。 FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a DC motor device of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the internal structure of the DC motor shown in FIG.
図1に示すように、本発明のDCモータ装置は、DCモータ1と、DCモータ1の正逆回転を切り換えるためのHブリッジ回路2と、Hブリッジ回路2を介してDCモータ1へ電流供給を行う電源部3と、Hブリッジ回路2の制御を行うマイクロプロセッサ4(制御部)とを具備し、制御部は、DCモータ1の電極端子15間における周期的に変動する電位差を検知するとともに、DCモータ1が正回転しているときにDCモータ1の電極端子15間における電位差の変動の周期が変化したことを検知すると、DCモータ1を停止または逆回転させるようにHブリッジ回路2を制御するようになっている。
As shown in FIG. 1, a DC motor device according to the present invention supplies a current to a
DCモータ1は、断面がほぼ円形のステーター11と、ステーター11の内壁に周方向に所定の間隔をおいて複数設けられた永久磁石12と、ステーター11の内部に正逆回転自在に設けられたローター13と、ローター13を構成する整流子131に接触するブラシ14と、電極端子15とを含んでいる。
The
ステーター11は、永久磁石12およびローター13を内部に収容する筐体である。
The
永久磁石12は、図2においてはステーター11の内壁に180度の間隔をおいて2個設けられており、一方がN極永久磁石で他方がS極永久磁石となっている。
In FIG. 2, two
ローター13は、回転軸132から半径方向に突出したきのこ状の突出部133が120度の間隔をおいて3個設けられ、それぞれの突出部133にはコイル134が巻かれているとともに、回転軸132には120度の間隔をおいて3個設けられた絶縁部135によって仕切られた整流子131が配置されている。そして、それぞれの突出部133に巻かれたコイル134と整流子131とが電気的に接続されており、それぞれの突出部133が電磁石を形成するようになっている。図2では、3個の突出部133のうちの2個がN極を形成し、残りがS極を形成している。
The
ブラシ14は、DCモータ1の電極端子15によって保持されていて、整流子131と接触するように配置されている。
The
このような構成により、電極端子15に直流電流が供給されると、永久磁石12と電磁石となる突出部133との間に引力または斥力が発生して、ローター13が回転するようになっている。
With such a configuration, when a direct current is supplied to the
ここで、DCモータ1のコイル134に電流が供給されると、電流によって磁界が発生するとともに、永久磁石12と突出部133とが近づいたり離れたりすることが繰り返され、これによって周期的に誘導起電力が生じる。したがって、図3に示すように、DCモータ1の電極端子15間において、電位差が周期的に変動する。
Here, when a current is supplied to the
DCモータ1の電極端子15には、DCモータ1の正逆回転を切り換えるためのHブリッジ回路2が電気的に接続されている。
An H-
Hブリッジ回路2は、4つの電界効果トランジスタ2a、2b、2c、2dから構成されるスイッチング素子であり、マイクロプロセッサ4から供給される選択制御信号により、これら電界効果トランジスタ2a、2b、2c、2dのオン/オフを選択制御するものである。具体的には、電界効果トランジスタ2a、2cのそれぞれのゲート電圧を論理ハイレベルにするとともに電界効果トランジスタ2b、2dのそれぞれのゲート電圧を論理ローレベルにした場合には、図1においてDCモータ1を左から右へ通過する電流が供給されるようになる。また、電界効果トランジスタ2b、2dのそれぞれのゲート電圧を論理ハイレベルにするとともに電界効果トランジスタ2a、2cのそれぞれのゲート電圧を論理ローレベルにした場合には、図1においてDCモータ1を右から左へ通過する電流が供給されるようになる。また、電界効果トランジスタ2a、2bのゲート電圧を同じにするとともに、電界効果トランジスタ2c、2dのゲート電圧を同じにした場合には、DCモータ1に電流が供給されないようになる。
The
電源部3はHブリッジ回路2を介してDCモータ1への電流供給を行うものであり、上述のように電界効果トランジスタ2a、2b、2c、2dのオン/オフ選択制御によって、電源部3から所望の経路をたどってDCモータ1に電流が供給される。なお、7はグランドであり、電源部3との関係でプラスとマイナスの両極を形成している。
The
マイクロプロセッサ4(制御部)は、DCモータ1の電極端子15間における周期的に変動する電位差を検知し、DCモータ1が正回転しているときにDCモータ1の電極端子15間における電位差の変動の周期が変化したことを検知すると、Hブリッジ回路2の電界効果トランジスタ2a、2b、2c、2dのオン/オフを選択制御する選択制御信号を送るようになっているものである。すなわち、図3に示すようにDCモータ1が正回転しているときに、図4に示すようにDCモータ1の電極端子15間における電位差の変動の周期が変化したことを検知すると、DCモータ1を停止または逆回転させるようにHブリッジ回路2を制御するものである。なお、マイクロプロセッサ4は、上記の制御以外の機能もそなえているものである。
The microprocessor 4 (control unit) detects a periodically changing potential difference between the
ここで、DCモータ1が正回転しているときにDCモータ1の電極端子15間における電位差の変動の周期が変化するとは、DCモータ1に過剰な負荷がかかってローター13の回転数が減少した場合である。例えば、DCモータ装置がパワーウィンドウなどの窓開閉装置の一部として用いられ、窓の自動開閉中に首や手などの挟み込みがあった場合である。
Here, when the cycle of the potential difference variation between the
本発明のDCモータ装置においては、電位差や電流の数値を検知しているのではなく、電位差の周期(周波数)の変化を検知しているものであるため、外付けの抵抗などを設ける必要はなく、安価でシンプルな構造にもかかわらず、DCモータ1の回転を制御することができる。
In the DC motor device according to the present invention, since the potential difference and the numerical value of the current are not detected, but the change in the period (frequency) of the potential difference is detected, it is necessary to provide an external resistor or the like. However, the rotation of the
なお、DCモータ1の電極端子15とマイクロプロセッサ4との間の電位差の変動の周期に関する情報が送られる経路には、図1に示すように差動増幅回路5が設けられているのが好ましい。
In addition, it is preferable that a differential amplifier circuit 5 is provided in a path through which information related to the period of variation in potential difference between the
さらに、DCモータ1の電極端子15とマイクロプロセッサ4との間には、ブラシの摩擦やコイルの切り替わり等によるチャタリングのノイズを取り除くために、図1に示すようにローパスフィルタ6が設けられているのが好ましい。例えば、増幅された信号をモータ回転数(3,000rpmMAX)から165Hz以上の周波数信号をローパスフィルタで遮断するようにする。これにより、DCモータ1の回転によって本来生じる周期以上の周波数成分は取り除かれる。
Further, a low pass filter 6 is provided between the
その他、DCモータ1の電極端子15とマイクロプロセッサ4との間およびHブリッジ回路2とマイクロプロセッサ4との間にデカップリング素子が搭載されているときには、マイクロプロセッサ4に侵入する電磁ノイズを少なくすることができ、マイクロプロセッサの動作が安定する。
In addition, when a decoupling element is mounted between the
また本発明は、上述のDCモータ装置と、DCモータの正逆回転により開閉する窓部材とを具備する窓開閉装置であり(図示しない)、DCモータの動力がギアおよびイコライザアームにより伝達されて、窓が開閉するようになっているものである。例えば、スイッチを離した状態でも、窓が自動的に上方への移動または下方への移動をし続ける機構の窓開閉装置に適しており、窓に首や手が挟み込まれるのを防止する安価な窓開閉装置を実現することができる。 Further, the present invention is a window opening / closing device (not shown) including the above-described DC motor device and a window member that opens and closes by forward / reverse rotation of the DC motor, and the power of the DC motor is transmitted by a gear and an equalizer arm. The windows are designed to open and close. For example, it is suitable for the window opening and closing device of the mechanism that keeps the window moving upward or downward automatically even when the switch is released, and it is inexpensive to prevent the neck and hands from being caught in the window A window opening and closing device can be realized.
1・・・DCモータ
11・・・ステーター
12・・・永久磁石
13・・・ローター
131・・・整流子
132・・・回転軸
133・・・突出部
134・・・コイル
135・・・絶縁部
14・・・ブラシ
15・・・入出力電極
2・・・Hブリッジ回路
2a、2b、2c、2d・・・電界効果トランジスタ
3・・・電源部
4・・・マイクロプロセッサ
5・・・差動増幅回路
6・・・ローパスフィルタ
7・・・グランド
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JP2008278114A JP2010110084A (en) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | Dc motor apparatus and window switching device equipped with the same |
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-
2008
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