JPH0652999B2 - ステップモータ駆動部用の安全装置 - Google Patents

ステップモータ駆動部用の安全装置

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JPH0652999B2
JPH0652999B2 JP2515770A JP51577090A JPH0652999B2 JP H0652999 B2 JPH0652999 B2 JP H0652999B2 JP 2515770 A JP2515770 A JP 2515770A JP 51577090 A JP51577090 A JP 51577090A JP H0652999 B2 JPH0652999 B2 JP H0652999B2
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winding
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step motor
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シュライバー,ハンス
ツィンマー,ヘルベルト
ノイヒル,アンドレアス
トレファルト,マンフレート
トゥルバ,ロマン
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Siemens AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/107Safety-related aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項1の上位概念に記載されたステップモ
ータ駆動部用の安全装置に関する。
いわゆる電気式アクセルペダルでは、スロットルバルブ
がモータ、例えば2相ステップモータにより調整され
る。このモータはスロットルバルブ開放の際、ばね力に
抗して動作する。ステップモータの個々の巻線を通る電
流は、制御部およびそれぞれに配属された出力段を介し
て、ステップモータの運動のための回転磁界が形成され
るように調整される。
ステップモータまたは出力段の1つまたは接続線路に電
気的エラーが発生すると、回転磁界を正しく制御するこ
とができなくなる。従って制御部は遮断され、ばねが電
流の流れなくなったモータをスロットルバルブの閉成位
置に相応する位置に引き込む。
このような故障の場合、スロットルバルブは閉成されて
それ以上操作することができない。従って自動車は修理
後に初めて再使用可能となる。
本発明の課題は、ステップモータの故障の場合でも、当
該ステップモータの制御ダイナミックレンジの減少を回
避して、その操作性が十分に維持されるように構成する
ことである。
本発明の解決手段は請求項1に示されている。有利な実
施例は従属請求項に示されている。
2相ステップモータの巻線が1つしか故障しない場合で
も、ステップモータの正常な動作はもはや保証されな
い。第1のステップモータが故障した際にその機能を引
き継ぐ第2の冗長的ステップモータを設けることも考え
られる。しかしこの解決手段は非常に繁雑でコストがか
かる。
その他、構成素子(例えば支承部)の数の上昇は信頼性
の低下につながる。というのは唯1つ支承部の故障だけ
でも装置全体が停止し得るからである。
ステップモータの各巻線を2つの部分巻線に分割するこ
とも公知である。各々の部分巻線には1つの固有の出力
段が配属される。
例えばこのように部分巻線が2つの場合、部分巻線の1
つまたは配属された出力段の1つが故障しても、残りの
部分巻線が機能を少なくとも一部引き継ぐ。
しかし各部分巻線によって形成される各部分トルクの合
計が所要の通常トルクに相応するように構成されている
場合、部分巻線の1つが故障するとある程度のダイナミ
ックレンジがステップモータの制御性において失われて
しまう。
このダイナミックレンジの損失は本発明によれば次のよ
うにして回避することができる。すなわち、残りの正常
の巻線を流れる電流を一方のポールにおいて、故障した
部分巻線の作用が完全にまたは部分的に補償されるよう
に高めるのである。
個々の部分巻線の構成には多くの手段が考えられる。
巻線数は例えば同じかまたは異なってもよい。相応して
所属の制御電流も同じかまたは異なる。部分巻線は各ポ
ールに並置することも相互に重ね合わせて配置すること
もできる。同様に2つまたはそれ以上の部分巻線が異な
るポールで1つの巻線を形成することも可能である。
監視装置は各部分巻線を故障について監視する。これは
例えば、所属の出力段が制御部により制御されるときこ
の部分巻線に電流が流れるか否かを検査することにより
行う。故障の際、監視装置は非常信号を形成し、ステッ
プモータの制御部に供給する。制御部はこれに基づき、
残った部分巻線を流れる電流の高さを、故障した部分巻
線を有するポールにおいて変化させ、それにより故障し
た巻線の作用が補償される。
本発明を以下図面に基づき詳細に説明する。
図1は、従来技術によるステップモータを有する電気式
アクセルペダルのブロック図、 図2は、本発明によるステップモータを有する電気式ア
クセルペダルのブロック図、 図3は、図1のステップモータ駆動部の通常動作および
非常動作を説明するためのトルクベクトル図、 図4は、図2のステップモータ駆動部の通常動作および
非常動作を説明するためのトルクベクトル図、 図5、6、7はそれぞれ部分巻線の構成に対する実施例
を示す模式図である。
図1に示された自動車の電気式アクセルペダル装置は、
走行ペダル6、制御部4、出力段装置3、ステップモー
タ1およびスロットルバルブ2を有する。スロットルバ
ルブ2はステップモータ1のシャフト上に直接配置され
ている。ステップモータは2つの巻線11、12を有す
る2相式であり、2つの巻線には出力段装置3のそれぞ
れ固有の出力段31から電流が供給される。
運転者は走行ペタル6の位置によりスロットルバルブ2
の角度位置を定める。この位置は電気信号として制御部
4に供給され、制御部4はそれに従って出力段装置3を
制御する。個々の出力段31を介して巻線11、12を
通る電流が次のように調整される。すなわち、ステップ
モータ1の所望の角度位置が生じ、さらにステップモー
タと結合されたスロットルバルブ2の所望の角度位置が
生じるように調整される。
図3には通常動作に対する例が示されている。この場
合、巻線11と12には、それぞれの出力段31から同
じ電流が供給される。2つの巻線11、12から生じた
部分トルクM11とM12はその際通常トルクMとな
り、そのトルクの方向に従いステップモータの回転可能
部分が整列される。
例えば巻線11が故障したと仮定する。この故障は巻線
11自体、またはこれを制御する出力段31または線路
の電気的エラーによって生じ得る。この故障の場合のト
ルクMFは図3の部分トルクM12と同じである。ステ
ップモータがこの新たなトルクMFに従い整列されると
直ちに、ステップモータをこの新しい位置から動かすこ
とがもはやできなくなる。というのは巻線12を介して
トルクMFのみが大きさで変化可能であるが、方向的に
変化することができないからである。
このような故障は安全性に対しても重大な状態となる。
2つの巻線11、12のどちらが故障したかに応じて、
ステップモータは衝撃的にスロットルバルブ2を残った
トルクの方向へ引っ張る。このようなことは、残ったト
ルクがばね戻し調整トルクよりも小さい場合、スロット
ルバルブを衝撃的に閉成することになり、これは交通状
況によっては非常に危険であり得る。
図2には本発明によるステップモータ駆動部を有する電
気式アクセルペダル装置が示されている。同じ部材には
同じ参照番号が付してある。図1の巻線11はここでは
2つの部分巻線13と14により置換されている。この
2つの部分巻線は1つの固有の出力段31により制御さ
れる。同じように、図1の巻線12も部分巻線15と1
6により置換されている。
ステップモータ1の固定子のポールにおける部分巻線1
3〜16の種々の構成に対する実施例が図5、6、7に
示されている。ここで固定子1はそれぞれ8つのポール
a〜hを有する。見易くするために、ポールa、c,
e,g上の部分巻線13と14だけが示されている。こ
の部分巻線13と14が図1の巻線11と代替される。
省略された部分巻線14と16も同様にポールb、d、
f、h上に配置される。
図5によれば、部分巻線13と14の個々のポール巻線
はそれぞれ同じポールに、電気的に相互に絶縁して配置
されている。個々のポール間の接続線路は図示されてい
ない。図6、7でも同様に図示されていない。
しかしこの実施例では、2つの部分巻線13と14の電
磁結合が発生する。この結合によってそれぞれに配設さ
れた各出力段31の相互干渉作用が生じる。というのは
2つの部分巻線13、14は同じ磁束にさらされている
からである。その際、小さな漂遊磁束は考慮されない。
従って図6の第2の実施形態によれば、部分巻線13が
ポールaとeに分割されており、部分巻線14はポール
cとgに分割されている。この空間的分離は相互干渉作
用を低減させる。
図7による有利な実施例ではさらに、相互干渉作用がほ
ぼ全体的て低減される。ここでは部分巻線13はポール
aとc上に、部分巻線14はポールeとg上にある。こ
れによりステップモータ1の右上側半分が部分巻線13
に、左下側半分が部分巻線14により磁気的に支配され
る。従い部分巻線13と14は磁気的にほぼ減結合され
る。
部分巻線13と14は同じ巻回数と同じ巻線方向を有す
る。同じことが部分巻線15と16に対してもあてはま
る。各部分巻線13〜16並びにその制御電流は、制御
電流が図1の巻線11、12の1つの部分トルクのそれ
ぞれ50%を生じるように選定される。
これにより図4に示すように通常動作では図3と同じ通
常トルクMが生じる。
故障の場合に対して部分巻線14が故障すると仮定す
る。図4によれば部分トルクM14の欠落によりこの故
障の場合に対して新たなトルクMFが生じる。ステップ
モータ1aの制御可能性は維持される。というのは残っ
た部分巻線13によりトルクMFの方向的変化が依然可
能だからである。ただダイナミックレンジだけが部分ト
ルクM14の欠落により制限される。
安全上重大な特性が従来の技術では発生するが、本発明
にはステップモータ駆動部には生じない。一方では、故
障の場合常にスロットルバルブ2の角度位置の所定量変
化が発生するが、衝撃的な閉成が生じることはない。他
方では、運転者はこのスロットルバルブ2の量的な角度
位置変化に反応することができる。というのは角度位置
は走行ペダル6を介して制御可能のままだからである。
監視装置5は出力段3と制御部4に接続されている。出
力段装置3から監視装置5は、出力段31と所属の部分
巻線13〜16との間の線路の電流に関する情報を受け
取る。制御部4からは、制御部4がすべての出力段31
に出力する制御信号に関する情報を受け取る。
監視装置5は、出力段31に対するそれぞれの制御信号
が部分巻線13〜16の1つを通る相応の電流に作用し
ているか否かを検査する。部分巻線13〜16の1つに
おいて作用していなければ、故障が部分巻線13〜16
の所属の出力段31または線路に存在する。
監視装置5はこの故障の場合、非常信号Nを形成し、こ
れをさらに制御部4に供給する。この非常信号Nは部分
巻線13〜16のどれに該当するのかという情報を含
む。
制御部4は、これに基づき非常動作を実行する。例えば
部分巻線14に欠陥のある前記の故障の場合では、制御
部4は、部分巻線13に所属する出力段31が部分巻線
13に通常動作時の2倍の電流を供給するように制御す
る。このようにして2倍にされた部分トルクM13によ
って欠落した部分巻線14の作用が補償される。
制御部4並びに監視装置5の機能は、相応の入出力回路
を有する計算機が受け継ぐ。部分巻線13〜16への個
々の部分巻線電流の問い合わせは相応の線路でのそれぞ
れの電流測定により行う。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツィンマー,ヘルベルト ドイツ連邦共和国 D―8400 レーゲンス ブルク ランツフーター シュトラーセ 105 アー (72)発明者 ノイヒル,アンドレアス オーストリア国 A―1150 ウィーン ド ライハウスガッセ (番地なし) (72)発明者 トレファルト,マンフレート オーストリア国 A―1160 ウィーン エ スターハーツィガッセ (番地なし) (72)発明者 トゥルバ,ロマン オーストリア国 A―1190 ウィーン オ ーバーキルヒャーガッセ (番地なし) (56)参考文献 特開 昭61−203899(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2つの巻線を備えた2組ステップモータ
    (1)と、制御部(4)と、前記巻線を流れる電流を調
    整するための出力段装置(3)とを有し、 各巻線は少なくとも2つのポールに分割されており、 前記巻線は少なくとも2つの部分巻線に分割されてお
    り、 前記出力段装置(3)は各部分巻線(13〜16)毎に
    1つの固有の出力段(31)を有し、 前記制御部(4)は通常動作において、通常トルクが各
    部分トルクの和として生じるように、各部分巻線を流れ
    る電流を調整し、 監視装置(5)が設けられており、 該監視装置は個々の部分巻線(13〜16)の機能を監
    視し、部分巻線(13〜16)の1つの故障の際、非常
    信号(N)を制御部(4)に送出し、 前記制御部(4)は非常信号(N)の存在するとき、故
    障した部分巻線を含む巻線の残った部分巻線を流れる電
    流を非常動作において、故障した部分巻線の機能を受け
    継ぐように制御する、ステップモータ駆動部用の安全装
    置において、 通常動作では、巻線のすべての部分巻線に電流が供給さ
    れ、 非常動作では、残った部分巻線に高められた電流が供給
    され、当該残った部分巻線によって故障した部分巻線の
    作用が補償されることを特徴とする、ステップモータ駆
    動部用の安全装置。
JP2515770A 1989-11-28 1990-11-23 ステップモータ駆動部用の安全装置 Expired - Lifetime JPH0652999B2 (ja)

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EP89121926 1989-11-28
EP89121926.3 1989-11-28
DE89121926.3 1990-08-30
DE9012436U DE9012436U1 (ja) 1989-11-28 1990-08-30
DE9012436.7U 1990-08-30
PCT/EP1990/002002 WO1991008391A1 (de) 1989-11-28 1990-11-23 Sicherheitssystem für einen schrittmotorantrieb

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Publication Number Publication Date
JPH04505846A JPH04505846A (ja) 1992-10-08
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DE (2) DE9012436U1 (ja)
WO (1) WO1991008391A1 (ja)

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WO1991008391A1 (de) 1991-06-13
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