JP2023117401A - 車両において電動モータを動作させるための配置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両において、電動モータ、例えばルーフ構成要素を駆動するための電動モータを動作させるための配置を提供する。
【解決手段】電動モータ（Ｍ）は、少なくとも二つの制御ライン（Ａ，Ｂ）を介してモータ制御ユニットに電気的に接続される。モータ制御ユニットは、パルス幅変調を用いて電動モータを制御するように構成される。モータ制御ユニットは、電動モータの制御時に、二つの駆動ラインのうちの第１の駆動ラインを非アクティブ・ラインとして動作させ、二つの駆動ラインのうちの第２の駆動ラインをアクティブ・ラインとして動作させるように構成される。電動モータに組み合わされたスイッチング・モジュールが、電動モータの磁極ハウジングの端子（１５）を電動モータの運転中に非アクティブ・ラインとして動作させられている駆動ラインに接続するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両において、電動モータ、例えばルーフ構成要素を駆動するための電動モータを動作させるための配置に関する。

車両において、サンルーフ、ウィンドウ・レギュレータ、その他のデバイスに使用されるような直流電動モータは、回転速度制御のためにパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を用いて動作させられることが多い。制御ユニットと制御されるべきモータとの間に空間的距離がある場合、ＰＷＭ信号は、用途によっては、ワイヤ・ハーネスを介して長距離にわたって電磁干渉を受けやすい領域を通って送られなければならない。

通常は、この構成によりモータを制御するために、ちょうど二つのモータ・ラインが使用され、必要な場合はセンサ信号用のラインが追加される。別個の接地ラインは設けられていない。

一般的なモータは、ブラシ・モータとして構成されている限りにおいて、ブラシ火花を抑制するための回路が更に備えられている。とりわけ、このような回路は磁極ハウジングとの接続ごとに一つのコンデンサを含み、したがって、磁極ハウジングは容量性分圧器を介して二つのモータ・ラインの中間に配置される。それゆえに、磁極ハウジングは、常にＰＷＭ信号の半分の電圧レベルにある。

磁極ハウジングは、その大きな表面積ゆえに、この信号を車載アンテナに結合して、特に中波帯において、無線受信との干渉を引き起こし得る。

このような干渉を低減するために、これまで、例えば、モータ内のブラシ火花を抑制するために使用されるキャパシタンスが低減されてきた。しかし、モータ内のキャパシタンスのこの低減は、ブラシ火花の抑制に関する問題を招く。これとは別に、干渉はこの方法でも依然受容されなければならないので、この手法は唯一の手段としては十分でない。

更に、磁極ハウジングを接地して放射電磁波の発生を回避するために、追加の接地ラインが使用され得る。しかし、接地ラインは追加コストをもたらし、対応する接続のためにコネクタピンを増設する必要がある。更に、帰還電流が更なる干渉を引き起こし得る。

ＰＷＭ動作時は一度にただ一つのラインがアクティブであるので、モータを動作させるための二つのラインのうちの一つに磁極ハウジングを接続することによってカウンタ信号を印加して、干渉を抑制する試みも行われている。しかし、これは、モータがある一方向に回転するように動作させられる場合にのみ問題を解決し得るのであって、もう一方向に回転する場合には影響が増幅されてしまう。

なお、ブラシレス・モータでも電磁干渉は発生し得る。

特許文献１は、干渉信号の能動的抑制のための配置を記載している。そこでは、電磁環境適合性（ＥＭＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）フィルタが使用され、その配置について説明されている。

独国特許発明第１０２０１７１１１３９６Ｂ４号明細書

本発明の課題は、低コストで実現され得る特に効率的な干渉抑制を可能とする、冒頭に記載したような種類の配置を提供することである。

この課題は、冒頭に記載したような種類の、請求項１の特徴を有する配置によって解決される。本発明の有利な実施形態及び更なる発展形態は、従属項に示される。

車両において、電動モータ、例えばルーフ構成要素を駆動するための電動モータを動作させるための配置において、電動モータが、少なくとも二つの駆動ラインを介してモータ制御ユニットに電気的に接続される。それにより、モータ制御ユニットが、パルス幅変調によって電動モータを制御するように構成される。電動モータを制御するとき、モータ制御ユニットは、二つの駆動ラインのうちの第１の駆動ラインを非アクティブ・ラインとして動作させ、二つの駆動ラインのうちの第２の駆動ラインをアクティブ・ラインとして動作させるように構成される。電動モータに組み合わされたスイッチング・モジュールが、電動モータの磁極ハウジングの端子を電動モータの動作中に非アクティブ・ラインとして動作させられる方の駆動ラインに接続するように構成されている。

これにより、電磁干渉を発生させることなく、ブラシ火花の抑制が実現され得る。

本発明の基本的な思想は、磁極ハウジングの接地を実現するために非アクティブ・ラインが使用されることに基づく。このラインが使用できるのは、適切なモータの制御はアクティブ・ラインを介して達成されるためである。これは、このような観点から、更に多くの要素を追加することなく、結果として得られるシステムの効率的な減結合が実現され得ることを意味する。かくして本発明は、更なる要素に関する変更なしに、コスト効率の良い方式で完成し得る。

したがって、本発明の利点のいくつかは、使用される制御デバイスから独立していること、２線式ケーブルのみに基づいて、すなわち追加的に電圧や信号が供給される必要なしに、動作が可能であること、更に、既存の又は利用可能なモータに、それぞれのモータ自体には変更を加えることなく、組み合わせ可能であること、に関係する。

本構成の一実施形態では、電動モータは、車両のルーフ構成要素を駆動するように構成される。このようなルーフ構成要素は、例えば、ルーフ・ライトやルーフ・ブラインドを移動させるように構成され得る。他の適用分野及び対応する電動モータが、例えば、窓、テールゲート／ハッチ、ドアなど別の構成要素を駆動又は調整するために車両内に設けられ得る。

更なる実施形態では、電動モータはＤＣモータとして具現化され得る。このようなモータは、パルス幅変調によって直接駆動され得る。

ＤＣモータは、例えばブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）であり得る。

特に、電動モータは内部ロータモータであり得る。更に、外部ロータモータを使用することも考えられる。

ＤＣモータは、更に、ブラシ・モータであり得る。

一実施形態では、電動モータは、ブラシ火花を抑制するための回路が備えられ、その回路は、例えば容量性分圧器を含み得る。有利なことに、これによって更に干渉のない電動モータの動作が実現される。

ブラシ火花を抑制するための回路は、例えば、容量性分圧器を含むことができ、この場合、例えば磁極ハウジングとの接続ごとに一つのコンデンサを含むことができる。その結果、磁極ハウジングは、したがって容量性分圧器を介して二つの駆動ラインの中間に配置され、アクティブ・ラインを介して供給されるＰＷＭ信号の半分の電圧レベルで常に動作させられる。

一実施形態では、スイッチング・モジュールは、モータ回路基板及び／又は電動モータのハウジングに組み込まれる。結果として、電動モータの減結合が、モータの製造時に直接処理され得るという利点が実現される。すなわち、このような観点から、モータ制御ユニットに変更を加える必要なしに、モータの製造業者又はその供給業者が、減結合に関して有利な特性を有する電気モジュールを提供し得る。したがって、制御ユニットは、電動モータのどの種類の減結合が望まれるかという問題とは無関係に使用され得る。特に、本発明による電動モータは、非常に柔軟に実装されることができ、複数のモータ制御ユニットと適合性がある。

特に、スイッチング・モジュールは半導体スイッチを備え得る。これにより、電動モータが動作させられる方向に応じて、及びしたがってアクティブに動作させられる駆動ラインに応じて、高速且つ効率的な切り替えが容易になる。

一実施形態において、スイッチング・モジュールは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、より詳細には金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える。ここに、構成の第１及び第２の駆動ラインに対して、第１及び第２のスイッチング・モジュールがそれぞれ別個に設けられる。

これらの構成要素により、半導体スイッチを使用する特に小型で効率的な動作構造が可能なとなる。

更なる実施形態では、スイッチング・モジュールは、ダイオード、特に、ダイオード及び抵抗を備えた整流器を備える。これにより、所望のスイッチング及び磁極ハウジングの非アクティブ・ラインとの接続を得るために、半導体スイッチ又は同様の構成要素が容易に制御され得るという利点が実現される。

代替的又は追加的に、特に制御信号に基づくアクティブなスイッチングを実行するために、別の構成要素がスイッチとして設けられ得る。そこに、モータ回路基板に内蔵されることができ、駆動ラインのうちのどちらが非アクティブ・ラインとして動作させられているかを決定し、それぞれの切り替えもさせる、検出回路が更に備えられ得る。

一実施形態では、スイッチング・モジュールは、バイポーラ・トランジスタ又はリレーを備える。

例えば車両のルーフ構成要素を動作させるための車両用電動モータは、第１及び第２の駆動ラインを接続するための少なくとも二つの端子を備える。それによって、電動モータは、端子を介してパルス幅変調を用いて制御され得る。電動モータを制御するとき、二つの駆動ラインのうちの第１の駆動ラインが非アクティブ・ラインとして動作させられることができ、二つの駆動ラインのうちの第２の駆動ラインがアクティブ・ラインとして動作させられることができる。それによって、スイッチング・モジュールが、電動モータに組み合わされ、電動モータの磁極ハウジングの端子を電動モータの動作中に非アクティブ・ラインとして動作させられている駆動ラインに接続するように構成される。

スイッチング・モジュールはモータ回路基板に組み込まれることができ、更にそのモータ回路基板は電動モータの構成部品となり得る。

車両において、電動モータ、例えばルーフ構成要素を駆動するための電動モータを動作させる方法において、電動モータは、少なくとも二つの駆動ラインを介してパルス幅変調を用いて制御される。そこで、電動モータが制御されるとき、二つの駆動ラインのうちの第１の駆動ラインが非アクティブ・ラインとして動作させられ、二つの駆動ラインのうちの第２の駆動ラインがアクティブ・ラインとして動作させられる。スイッチング・モジュールが、電動モータの磁極ハウジングの端子を電動モータの運転中に非アクティブ・ラインとして動作させられている駆動ラインに接続する。

本方法は、上述の構成及び上述の電動モータを動作させるように特に構成されている。したがって、本方法は、本発明による構成及び電動モータと同じ利点を含む。

以下において、添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

構成の実施形態を示す図である。 構成の実施形態の詳細図である。 構成の実施形態の更なる詳細図である。

図１～図３を参照しながら、本配置の一実施形態を詳述する。

本実施形態では、配置１０は制御ユニット２０を含む。更なる実施形態では、制御ユニットは、配置１０に含まれる必要はなく、外部ユニットとして配置１０に接続されてもよい。

モータ回路基板１２が更に設けられる。

電動モータＭ及びそれに接続されたスイッチング・モジュール１４が、モータ回路基板１２に結合される。

この実施形態では、電動モータＭはブラシ・モータとして構成される。

更なる実施形態によれば、電動モータはＢＬＤＣモータとして構成され得る。

モータ基板１２は、電源端子として構成される端子１２ａ，１２ｂを更に含む。これは、電動モータＭを動作させるために、電圧が端子１２ａ，１２ｂを介して供給されることを意味する。更に、補助信号が供給され得るが、以下の説明には関係しない。

本実施形態では、モータ回路基板、電動モータＭ及びスイッチング・モジュール１４が、同一のハウジング内に配置され、又は互いに組み合わされて配置される。端子１２ａ，１２ｂは、この場合、外部からアクセス可能であり、又は外部ユニットに接続され得る。

端子１２ａ，１２ｂのそれぞれは、二つの駆動ラインＡ，Ｂのうちの一つに接続される。

制御ユニット２０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって電動モータＭを動作させるための信号を生成する。そして、信号は「アクティブ・ライン」である駆動ラインＡにより伝送され、他方の駆動ラインＢはこの場合「非アクティブ・ライン」として動作させられる。

アクティブ・ラインと非アクティブ・ラインとの選択は、電動モータＭを動作させる回転方向に応じて決定される。非アクティブ・ラインとして動作させられる他方の駆動ラインＢは、アースに接続される、すなわち接地される。

本実施形態では、電動モータＭは、動作中のブラシ火花を抑制するための回路を備える。この回路は、本実施の形態によれば、一つの端子に一つのコンデンサを有する、容量性分圧器１８を備える。この分圧器は、磁極ハウジング端子１５を介して、電動モータの磁極ハウジングに接続される。これにより、磁極ハウジングは、二つの駆動ラインの間に配置され、ＰＷＭ信号の半分の電圧レベルに継続的に維持される。

電動モータがＢＬＤＣモータとして構成される実施形態では、電磁干渉を招き得る、又はそのような干渉を抑制する、更なる回路が実装され得る。

本実施形態の配置１０において、スイッチング・モジュール１４は、非アクティブ・ラインとして動作させられる方の駆動ラインＡ，Ｂに磁極ハウジングを自動的に接続するために設けられている。

より一般的に表現すると、このような観点から、アクティブＰＷＭ検出器、すなわち検出回路１７が設けられる。検出回路１７は、駆動ラインＡ，Ｂに接続され、駆動ラインＡ，Ｂのどちらが非アクティブ・ラインとして現在動作させられているかを検出する役割を務める。その検出の結果に応じて、その非アクティブ・ラインに磁極ハウジング端子１５を接続するために、半導体スイッチ１６などのスイッチング・デバイスが制御される。

そのような回路を、具体的な実施形態で図３に示す。この回路は対称に配置されているので、その半分だけに参照符号が付与されている。残りの半分も同様に配置されて図３に示されている。

本実施形態では、ダイオードＤ_１とコンデンサＣ_１とが共同で整流器を形成する。整流器は、第１の駆動ラインＡに結合されている。ダイオードＤ_１とコンデンサＣ_１との間に配置された抵抗Ｒ_１は、電流を制限する役割を務める。また、更なる抵抗器Ｒ_２が設けられ、それを介してコンデンサＣ_１が放電し得る。

抵抗Ｒ_１とコンデンサＣ_１との間に、第２の駆動ラインＢ内に配置された半導体スイッチＴ_１のゲート入力との接続が設けられている。

電動モータＭのＰＷＭ制御時に第１の駆動ラインＡがアクティブ・ラインとして動作させられる第１の場合、半導体スイッチＴ_１のゲートは、駆動ラインＡを介して供給される電圧レベルにある。一般的なＰＷＭ制御では、これは約１２Ｖに相当する。更なる実施形態によれば、他の電圧レベルが供給され得る。

これにより半導体スイッチＴ_１のトランジスタが導通状態に切り替えられ、その結果、磁極ハウジング端子１５は更なるコンデンサＣ_２及び更なる抵抗Ｒ_３を介して駆動ラインＢに接続され、このとき駆動ラインＢは非アクティブ・ラインとして動作させられている。

同時に、磁極ハウジング端子１５と駆動ラインＡとの間の接続は、対称に配置された部分においてそこに設けられたトランジスタのゲートにゲート電圧が供給されていないので、この場合は切断されている。

駆動ラインＢと磁極ハウジング端子１５との間の接続部の更なるコンデンサＣ_２は、発生するかもしれない短絡電流を回避する役割を務める。上流側の抵抗Ｒ_３は、干渉抑制コンデンサと電源ラインとの間に発生し得る随意的に起こる発振を減衰させる役割を務める。

１０ 配置
１２ モータ回路基板
１２ａ、１２ｂ 端子
１４ スイッチング・モジュール
１５ 磁極ハウジング端子
１６ 半導体スイッチ
１７ 検出回路
１８ 容量性分圧器
２０ 制御ユニット
Ａ 駆動ライン
Ｂ 駆動ライン
Ｃ_１、Ｃ_２ コンデンサ
Ｄ_１ ダイオード
Ｍ 電動モータ
Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３ 抵抗
Ｔ_１ 半導体スイッチ、ＭＯＳＦＥＴ

Claims (10)

1. 車両において、電動モータ（Ｍ）、特にルーフ構成要素を駆動するための電動モータ（Ｍ）を動作させるための配置（１０）であって、
   前記電動モータ（Ｍ）は、少なくとも二つの駆動ライン（Ａ、Ｂ）を介してモータ制御ユニット（２０）に電気的に接続され、
   前記モータ制御ユニット（２０）は、パルス幅変調を用いて前記電動モータ（Ｍ）を制御するように構成され、
   前記電動モータ（Ｍ）が制御されるとき、前記モータ制御ユニット（２０）は、前記二つの駆動ライン（Ａ，Ｂ）のうちの第１の駆動ラインを非アクティブ・ラインとして動作させ、前記二つの駆動ライン（Ｂ，Ａ）のうちの第２の駆動ラインをアクティブ・ラインとして動作させるように構成され、
   前記電動モータ（Ｍ）に組み合わされたスイッチング・モジュール（１４）が、前記電動モータ（Ｍ）の磁極ハウジングの端子（１５）を、前記非アクティブ・ラインとして動作させられる前記駆動ライン（Ａ、Ｂ）に接続するように構成される、配置。
2. 前記電動モータ（Ｍ）は、前記車両のルーフ構成要素を駆動するように、好ましくはルーフ・ライト又はルーフ・ブラインドを移動させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の配置（１０）。
3. 前記電動モータ（Ｍ）は、直流モータ、好ましくはブラシレス直流モータとして構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の配置（１０）。
4. 前記電動モータ（Ｍ）はブラシ火花を抑制するための回路が備えられ、前記回路は好ましくは容量性分圧器（１８）を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の配置（１０）。
5. 前記スイッチング・モジュール（１４）は、モータ回路基板（１２）及び／又は前記電動モータ（Ｍ）のハウジングに組み込まれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の配置（１０）。
6. 前記スイッチング・モジュール（１４）は、電界効果トランジスタ（Ｔ_１）、好ましくは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを備え、好ましくは第１及び第２のスイッチング・モジュール（１４）が、前記第１及び第２の駆動ライン（Ａ、Ｂ）に対してそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の配置（１０）。
7. 前記スイッチング・モジュール（１４）は、ダイオード（Ｄ_１）、好ましくは前記ダイオード（Ｄ_１）及び抵抗器（Ｒ_１）から形成される整流器を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の配置（１０）。
8. 前記スイッチング・モジュール（１４）は、バイポーラ・トランジスタ又はリレーを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の配置（１０）。
9. 車両用の、好ましくはルーフ構成要素を駆動するための、電動モータ（Ｍ）であって、
   第１及び第２の駆動ライン（Ａ、Ｂ）を接続するための少なくとも二つの端子を備え、
   前記電動モータ（Ｍ）は、前記端子を介してパルス幅変調を用いて制御されるように構成され、
   前記電動モータ（Ｍ）が制御されるとき、前記二つの駆動ライン（Ａ，Ｂ）のうちの第１の駆動ラインが非アクティブ・ラインとして動作可能であり、前記二つの駆動ライン（Ｂ，Ａ）のうちの第２の駆動ラインがアクティブ・ラインとして動作可能であり、
   スイッチング・モジュール（１４）が、前記電動モータ（Ｍ）に組み合わされ、前記スイッチング・モジュール（１４）は、前記電動モータ（Ｍ）の磁極ハウジングの端子（１５）を前記電動モータの動作中に前記非アクティブ・ラインとして動作させられている前記駆動ライン（Ａ、Ｂ）に接続するように構成される、電動モータ（Ｍ）。
10. 車両において、電動モータ（Ｍ）、好ましくはルーフ構成要素を駆動するための電動モータ（Ｍ）を動作させる方法であって、
    前記電動モータ（Ｍ）は、少なくとも二つの駆動ライン（Ａ、Ｂ）を介してパルス幅変調を用いて制御され、
    前記電動モータ（Ｍ）が制御されるとき、前記二つの駆動ライン（Ａ，Ｂ）のうちの第１の駆動ラインが非アクティブ・ラインとして動作させられ、前記二つの駆動ライン（Ｂ，Ａ）のうちの第２の駆動ラインがアクティブ・ラインとして動作させられ、
    スイッチング・モジュール（１４）が、前記電動モータ（Ｍ）の磁極ハウジングの端子（１５）を前記電動モータ（Ｍ）の運転中に前記非アクティブ・ラインとして動作させられている前記駆動ライン（Ａ、Ｂ）に接続する、方法。

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