JP2020507076A - 危機的な動作時に、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、危機的な動作時に、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する方法に関し、電気モータ（２）は、エネルギー源によってエネルギーが供給される制御機器（１）によって制御される。絶対値センサが省かれるこの方法では、電気モータ（２）の回転を検出することによって、電気モータ（２）の動作中の電気モータ（２）の絶対位置を測定し、電気モータ（２）を駆動制御するために、回転を計数し、計数値を制御機器（１）のマイクロプロセッサ（３）に出力し、危機的な動作の発生時に、独立した電圧供給（７）によって、現在検出されている計数値を保持する。

Description

本発明は、危機的な動作時に、エネルギー源によってエネルギーが供給される制御機器によって制御される、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する方法ならびにこの方法を実施する装置に関する。

独国特許出願公開第１０２０１４２１５２６３号明細書から、アクチュエータ、有利には電気モータが制御機器によって駆動制御されることが公知であり、この制御機器は電流供給線路を介して外部のエネルギー供給部と接続されている。

アクチュエータとして使用されるこのような電気モータは、サーボモータとして、複数回の回転の動作範囲を有している。すなわち電気モータは、例えば、自動車のクラッチを開状態から閉状態にするために、３６０°の回転を３５回行う。しかし、制御機器による電気モータの駆動制御のために、電気モータの絶対位置が判明していることが重要である。このような絶対位置は、例えば、電気モータに相対して配置されている絶対変位センサによって検出される。ここでの欠点は、危機的な動作時に（in einem kritischen Betriebsfall）、絶対位置が失われる可能性がある点である。

本発明の課題は、危機的な動作の後にも絶対位置がまだ判明している、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する方法および装置を提供することである。

本発明では、上述の課題は、電気モータの回転を検出することによって、電気モータの動作中の電気モータの絶対位置が測定され、電気モータを駆動制御するために、回転が計数され、計数値が制御機器のマイクロプロセッサに出力され、危機的な動作の発生時に、独立した電圧供給によって、現在検出されている計数値が保持されることによって解決される。これは、動作障害の後に制御機器が再び動作モードに戻ったときに、電気モータの絶対位置が直ちに判明し、電気モータの絶対位置を新たに特定する必要がない、という利点を有している。この場合、絶対変位センサを省くことができ、したがって、電気モータの駆動制御回路の複雑さならびにコストおよび設置スペースが低減される。

有利には、独立した電圧供給の値が電圧閾値と比較され、電圧閾値を下回ると、電気モータの絶対位置が新たに参照される。特に回転測定のために、センサの動作に必要な独立した電圧供給の受け入れが、センサが依然として正常に動作できる間だけ保たれることが、このような検査によって保証される。独立した電圧供給がセンサの動作に十分ではなくなると、これが遮断される。

ある構成では、独立した電圧供給が電圧閾値と比較され、電圧閾値を上回ると、危機的な動作前の回転数と危機的な動作中の整数の回転数との和から成る計数値が、マイクロプロセッサの動作再開時に、電気モータの新たな絶対位置として引き継がれる。これによって、電気モータの動作時に、マイクロプロセッサでの短時間のリセットまたは低電圧の場合でも、電気モータの絶対位置を新たに特定することを省くことができ、これによって電気モータの駆動制御における時間遅延が回避される。

ある形態では、電圧閾値が、電気モータの回転を検出するセンサの動作に必要な電圧よりも大きくなるように選択される。センサの動作電圧を保つことによって、センサが常に、電気モータの回転に関する確実な測定結果を供給することが保証される。

ある実施形態では、独立した電圧供給を実現するためにバッファコンデンサが使用される。このバッファコンデンサは、制御機器の通常動作中には常に確実に、所定の電圧値に保持されるので、マイクロプロセッサでリセットまたは低電圧が生じても、電気モータの回転を測定するための、センサの確実な電圧供給が保証される。

電気モータの動作中のセンサの回転測定に対する確実な開始基準を得るために、制御機器の運転開始時の電気モータの絶対位置の参照は、電気モータの回転の計数プロセスが開始される前に行われる。電気モータの機能および保護の観点から絶対位置を知ることが重要であるので、特に電気モータの転流のために、３６０°の位置（電気モータの機械的な運動）が求められなければならない。

本発明の発展形態は、危機的な動作時に、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する装置に関する。ここで、電気モータは制御のために制御機器と接続されており、制御機器はエネルギー源と結合されている。電気モータの動作モード中に、参照、すなわち、電気モータの０°の位置の特定を省くことができるこの装置では、電気モータに相対して、センサ、有利には、ロータポジションセンサが、電気モータの回転を検出するために配置されており、ロータポジションセンサは、制御機器のマイクロコントローラに供給されている、検出された回転から、電気モータの動作中に取った、電気モータの絶対位置を特定するために計数ユニットと接続されており、センサおよび計数ユニットは、独立した電圧供給を伴う部分回路の構成部分である。危機的な動作時には、制御機器の電圧が低下することがあるので、独立した電圧供給に基づいて、センサおよび計数ユニットによって求められた回転数が得られたまま保たれ、制御機器が動作状態に戻るときに、制御機器によって、この回転数を電気モータの駆動制御のために使用することができる。

有利には、部分回路の独立した電圧供給は、バッファコンデンサによって実現されている。このようなバッファコンデンサは、これが、このようなバッファコンデンサを連続的に充電する動作電圧と接続されているので、極めて容易に実現される。したがって、通常の動作時には、センサおよび計数ユニットに常に十分な電圧が存在しており、これらは確実に動作することができる。

ある構成では、部分回路はスイッチング装置を含んでおり、スイッチング装置は、独立した電圧供給の現在の値と比較される電圧閾値に関連して、電圧閾値を下回ると、部分回路を遮断する。ここで、スイッチング装置を監視するマイクロプロセッサは、電気モータの絶対位置の参照をトリガする。このような遮断によって、ロータポジションセンサと計数ユニットによる回転の確実な評価が保証されなくなるので、このような場合には、転流（Kommutierung）を特定するために、電気モータの確実なゼロ位置を再び保証するために、電気モータの動作中の絶対位置が新たに参照される。

ある形態では、マイクロプロセッサは、スイッチと接続されており、部分回路の検査の結果、部分回路が遮断されていることが判明すると、このスイッチが駆動制御される。第２のスイッチのこのような駆動制御は、センサのさらなる駆動制御によって、短時間の危機的な動作の間電圧を失っていたバッファコンデンサが再び完全に充電され、これが引き続き、動作に使用可能になる、という利点を有している。

本発明は数多くの実施形態を可能にする。それらの実施形態のうちの１つを、図面に示されている図に基づいてより詳細に説明する。

本発明の装置の実施例を示す図

図１には、本発明の装置の実施例が示されており、これは制御機器１を示している。制御機器は、電気モータ２として形成されているアクチュエータを駆動制御する。特に、自動車において使用される場合には、アクチュエータとは、摩擦クラッチを制御するために１つまたは複数の電気モータを伴うクラッチアクチュエータ、および／または、選択運動およびシフト運動を制御するために１つまたは複数の電気モータを伴う変速機アクチュエータと理解される。見やすくするために、図１では、その機能に関して、特に転流に関して制御機器１のマイクロプロセッサ３によって駆動制御され、かつロータポジション磁石によって表される電気モータ２だけが参照される。電気モータ２には、ロータポジションセンサ４が相対して配置されており、ロータポジションセンサは計数ユニット５と接続されている。計数ユニット５とロータポジションセンサ４は、ここで、部分回路６の構成部分であり、部分回路６は、独立したエネルギー供給部を、バッファコンデンサ７の形態で有している。したがって、このように独立して動作する部分回路６は、制御機器１の他の部分から独立して機能することができる。バッファコンデンサ７は、ダイオード８と、抵抗９と、そのベースがマイクロプロセッサ３と接続されているスイッチ１０とを介して、詳細に示されていない外部のエネルギー源とマイクロコントローラ３を接続する電流供給線路１１と結合されている。

部分回路６内には、保持回路１２が、バッファコンデンサ７とロータポジションセンサ４と計数ユニット５とに対して並列に配置されている。保持回路は、ベースが分圧器１４、１５に導かれているスイッチングユニット１３を有している。部分回路６の動作準備は、バッファコンデンサ７によって実現される。バッファコンデンサは、制御機器１に電圧が供給されるとすぐに外部のエネルギー源によって充電される。

自動車内で使用される場合には、特に電気モータの転流を特定するために必要な、電気モータ２の、０°の位置に機械的に相当する絶対位置が、イグニッションがオンされたとき、すなわち制御機器１のエネルギー供給が開始されたときに参照される。次に、モータの転流がロータポジションセンサ４を介して、最大で、電気モータ２の機械的な一回転に対して、絶対的に発生する。

制御機器１の電圧が低下するか、または上位の、詳細に示されていない制御機器によってトリガされたリセットが生じると、電子回路全体に対する部分回路６の接続が中断され、バッファコンデンサ７の電荷が、部分回路６にエネルギーを供給するために使用される。これによって、電気モータ２の回転のさらなる検出、ならびに計数および計数ユニット５における回転数の格納が可能になる。スイッチングユニット１３のベースに印加される、分圧器１４、１５によって調整された電圧は、少なくとも、この電圧が計数ユニット５およびロータポジションセンサ４に対する動作電圧を提供するような大きさに選択されている。有利には、この電圧は、バッファコンデンサ７によって提供される約５Ｖの電圧に相当する。

最大で１秒しか継続しない危機的な動作を乗り越えると、マイクロプロセッサ３によって、バッファコンデンサ７の、部分回路６に印加されている電圧が、スイッチングユニット１３で提供される、閾値として使用される保持電圧によって検査される。閾値を下回っていない場合には、マイクロプロセッサ３によって、リセット前の最後の状態とリセット中の整数の回転との和を含んでいる、格納されていた回転情報が、電気モータ２の新たな絶対位置として引き継がれる。バッファコンデンサ７の電圧が閾値を下回っている場合には、マイクロプロセッサ３は、絶対位置の新たな参照をトリガする。

しかし、このような検査において、部分回路６の電圧がバッファコンデンサ７の電圧を下回っており、したがってバッファコンデンサが切られたことが判明すると、マイクロプロセッサ３はスイッチ１０を切り換え、これによって、線路１１を介して、バッファコンデンサ７が外部のエネルギー供給部と接続され、再び、エネルギーが供給される。これによって、バッファコンデンサ７は再び充電される。

より長いリセットをカバーするために、または数日間に亘って電気モータ２の機能を保つために、バッファコンデンサ７を格段に高い電圧、例えば１２Ｖまで充電することができる。これによって、部分回路６の最低電圧をより長く保つことが可能になる。代替的に、電気モータ２の機能を極めて長く保つために、電力消費がマイクロアンペアの範囲にある、いわゆる低電力センサを使用することもできる。

提案した解決策は、センサ、すなわちロータポジションセンサ４を１つしか必要としないので、必要となるのは、電気モータ用の簡易的な磁石設計である。これによって、磁石のコストが低減される。付加的な絶対位置センサを省くことができる。

１ 制御機器
２ 電気モータ
３ マイクロプロセッサ
４ ロータポジションセンサ
５ 計数ユニット
６ 部分回路
７ バッファコンデンサ
８ ダイオード
９ 抵抗
１０ スイッチ
１１ 線路
１２ 保持回路
１３ スイッチングユニット
１４ 抵抗
１５ 抵抗

Claims (10)

1. 危機的な動作時に、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する方法であって、
   前記電気モータ（２）は、エネルギー源によってエネルギーが供給される制御機器（１）によって制御される方法において、
   前記電気モータ（２）の回転を検出することによって、前記電気モータ（２）の動作中の前記電気モータ（２）の前記絶対位置を測定し、
   前記電気モータ（２）を駆動制御するために、前記回転を計数し、計数値を前記制御機器（１）のマイクロプロセッサ（３）に出力し、
   危機的な動作の発生時に、独立した電圧供給（７）によって、現在検出されている計数値を保持する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記独立した電圧供給（７）の値を電圧閾値と比較し、
   前記電圧閾値を下回ると、前記電気モータ（２）の前記絶対位置を新たに参照する、請求項１記載の方法。
3. 前記独立した電圧供給（７）を前記電圧閾値と比較し、
   前記電圧閾値を上回ると、前記危機的な動作前の回転数と前記危機的な動作中の整数の回転数との和から成る計数値を、前記マイクロプロセッサ（３）の動作再開時に、前記電気モータ（２）の新たな絶対位置として引き継ぐ、請求項１記載の方法。
4. 前記電圧閾値を、前記電気モータ（２）の回転を検出するセンサ（４）の動作に必要な電圧よりも大きくなるように選択する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記独立した電圧供給を実現するために、バッファコンデンサ（７）を使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記制御機器（１）の運転開始時の前記電気モータ（２）の絶対位置の参照を、前記電気モータ（２）の回転の計数プロセスが開始される前に行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 危機的な動作時に、アクチュエータとして作用する電気モータの検出された絶対位置を維持する装置であって、
   前記電気モータ（２）は制御のために制御機器（１）と接続されており、前記制御機器（１）はエネルギー源と結合されている装置において、
   前記電気モータ（２）に相対して、センサ（４）、有利には、ロータポジションセンサが、前記電気モータ（２）の回転を検出するために配置されており、
   前記ロータポジションセンサは、前記制御機器（１）のマイクロプロセッサ（３）に供給されている、検出された前記回転から、前記電気モータ（２）の動作中に取った、前記電気モータ（２）の絶対位置を特定するために計数ユニット（５）と接続されており、
   前記センサ（４）および前記計数ユニット（５）は、独立した電圧供給（７）を伴う部分回路（６）の構成部分である
   ことを特徴とする装置。
8. 前記部分回路（６）の独立した電圧供給は、前記制御機器（１）の動作電圧に接続されているバッファコンデンサ（７）によって実現されている、請求項７記載の装置。
9. 前記部分回路（６）はスイッチングユニット（１３）を含んでおり、前記スイッチングユニットは、前記独立した電圧供給（７）の現在の値と比較される電圧閾値に関連して、前記電圧閾値を下回ると、前記部分回路（６）を遮断し、
   前記スイッチングユニット（１３）を監視する前記マイクロプロセッサ（３）は、前記電気モータ（２）の前記絶対位置の参照をトリガする、請求項７または８記載の装置。
10. 前記マイクロプロセッサ（３）は、スイッチ（１０）と接続されており、前記部分回路（６）の検査の結果、前記部分回路（６）が遮断されていることが判明すると、前記スイッチが駆動制御される、請求項７、８または９記載の装置。

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