DE10108946A1 - Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, bei dem dessen Anschlusskontakte jeweils über einen steuerbaren Umschalter wahlweise an einen der beiden Pole eine Versorgungsspannung anschließbar ist, und zur Abschaltung des Elektromotors, der durch die Verbindung zur Versorgungsspannungsquelle haltende Umschalter umgeschaltet wird. DOLLAR A Bei Verwendung eines solchen Elektromotors als Stellantrieb für fremdkraftbetätigte Fenster, Trennwände oder Schiebedächer in Kraftfahrzeugen muss bei Auftreten hoher Lastströme der Elektromotor mittels der Umschalter, die in der Regel als Relais ausgeführt sind, abgeschaltet werden, wobei ein hoher Laststrom an den Relaiskontakten einen hohen Kontaktabbrand und damit eine Verringerung deren Lebensdauer verursacht. DOLLAR A Um einen solchen Kontaktabbrand zu verhindern, wird erfindungsgemäß in den Massezweig oder den Versorgungszweig ein Halbleiterschalter geschaltet, der gleichzeitig oder etwas früher mit dem Relais ein Abschaltsignal erhält, wodurch der Laststromkreis zuerst getrennt wird, bevor die Relaiskontakte geschaltet werden, wodurch deren Lebensdauer erheblich verlängert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein solches Verfahren ist aus der DE 31 35 888 bekannt, bei dem mittels zwei Relais ein in seiner Drehrichtung umsteuerbarer Elektromotor als Stellmotor für eine Stellvorrichtung dient. Eine solche Stellvorrichtung kommt zur Bewegung von fremdkraftbetätigten Fenstern, Trennwänden oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen zur Anwendung. Die Stellfunktion erfolgt dabei zwischen einer Öffnungsendstellung, beispielsweise ein voll­ ständig geöffnetes Kfz-Fenster, und einer Schließendstellung, beispiels­ weise ein vollständig geschlossenes Kfz-Fenster, wobei aus Sicherheits­ gründen bei Anlauf gegen ein Hindernis eine Schließkraftbegrenzung wirkt wird, indem der Stellmotor abgeschaltet bzw. reversiert wird. Die Reversie­ rung erfolgt bei dem bekannten Verfahren durch die zwei als Stromwender geschalteten Relais, die in einem Steuerschaltkreis symmetrisch hinsicht­ lich der Verbindung zu den Polen der Versorgungsspannungsquelle ange­ ordnet sind. Erreicht die Stellvorrichtung eine der beiden Endstellungen, muss der Elektromotor abgeschaltet werden, indem die Versorgungs­ spannungsquelle von den Anschlusskontakten des Elektromotors getrennt wird. Ferner sind zwei zwischen der Masse und jeweils einem Anschluss­ kontakt des Elektromotors verbundene Dioden vorgesehen, die bei kurz­ geschlossenem Motor jeweils einen Freilaufkreis bilden, wodurch dieser Motor elektrisch verriegelt wird.

Der durch die Blockierung der Ankerwelle des Elektromotors in den ge­ nannten Endstellungen verursachte hohe Laststrom bewirkt im Abschalt­ moment an dem die Unterbrechung bewirkenden Relaiskontakt einen ho­ hen Kontaktabbrand und damit eine Verringerung der Lebensdauer dieses Kontaktes.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, das eingangs genannte Verfahren derart weiterzubilden, daß die an der Abschaltung beteiligten Relaiskontakte nur einem geringen Verschleiß unterliegen. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, wonach im Abschaltzeitpunkt, zu dem auch der die Verbindung zur Versorgungs­ spannung haltende Umschalter umgeschaltet werden soll, oder kurz vor diesem Abschaltzeitpunkt ein elektronischer Schalter, der einer der Pole der Versorgungsspannungsquelle mit den Umschaltkontakten beider Um­ schalter verbindet, in den nichtleitenden Zustand gesteuert wird.

Damit sind die mechanischen Kontakte des vorzugsweise als Relais aus­ gebildeten Umschalters im Zeitpunkt des Umschaltens bereits stromlos, da schon vor diesem Umschaltzeitpunkt der durch den Elektromotor flie­ ßende Laststrom mittels des elektronischen Schalters, für den vorzugs­ weise ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Transistor, verwendet wird, abgeschaltet wurde. Das Umschalten im stromlosen Zustand vermindert den Kontaktabbrand an den mechanischen Kontakten des Umschalters.

Bei Stellantrieben für Kraftfahrzeuge, beispielsweise für fremdkraftbetätig­ bare Fenster ist eine Abschaltung des Stellmotor dann erforderlich, wenn die Fensterscheibe eine ihrer Endpositionen erreicht oder ein Einklemm­ ereignis detektiert wird, da in diesen Fällen der Stellmotor gegen ein Hindernis mit der Folge eines erhöhten Motorstromes angetrieben wird. Der Motorstrom wird dabei mittels eines Shunts detektiert und von einem Mikroprozessor ausgewertet, der seinerseits entsprechende Steuersignale für die Umschalter und den elektronischen Schalter erzeugt.

Eine Endposition kann auch durch Detektion und Überwachung der Dreh­ zahl festgestellt werden, da in einer solchen Endstellung die Drehzahl des Elektromotors absinkt.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren dargestellt und erläutert werden. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einem Elektromotor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 2 Strom/Impuls-Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funktions­ weise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zeigt einen mit zwei Relais R₁ und R₂ gesteuerten Elektromotor M, geeignet für den Antrieb von fremdkraft­ betätigbaren Fenstern, Trennwänden oder Schiebedächern in Kraftfahr­ zeuge, jedoch genauso geeignet für den Antrieb von Rollos, Vorhängen, Türen und dergleichen. Der mit den beiden Relais R₁ und R₂ reversierbare Elektromotor M ist über einen seiner Anschlusskontakte K₁ mit einem Shunt-Widerstand W_S verbunden, der seinerseits über den Relaiskontakt des Relais R₁ entweder mit dem Plus-Pol einer Spannungsversorgungs­ quelle V_B oder mit einem Knotenpunkt P verbindbar ist. Der zweite An­ schlusskontakt K₂ des Elektromotors M ist auf den Relaiskontakt des zweiten Relais R₂ geführt, der ebenfalls wie der Relaiskontakt des Relais R₁ entweder mit dem Plus-Pol der Spannungsversorgungsquelle V_B oder mit dem Schaltungsknoten P verbunden werden kann.

Um im kurzgeschlossenen Zustand des Elektromotors M Freilaufkreise zu erzeugen, ist zwischen dem Schaltungsknoten P und dem den Shunt W_S und dem Relaiskontakt des Relais verbindenden Schaltungszweig bzw. dem zweiten Anschlusskontakt K₂ des Elektromotors jeweils eine Diode D₁ bzw. D₂ geschaltet. Schließlich ist dieser Schaltungsknoten P über einen Feldeffekttransistor F₁ mit der Masse der Spannungsversorgungsquelle V_B verbunden. Die Steuerelektrode dieses Feldeffekttransistors F₁ wird über einen mit zwei Widerständen W1 und W2 aufgebauten Spannungsteiler von einer Steuereinheit µP gesteuert, die hierzu ein Steuersignal St₃ er­ zeugt.

Die Spulen der beiden Relais R₁ und R₂ werden jeweils über elektronische Schalter, also Transistoren T₁ und T₂ angesteuert, wobei deren Emitter auf Massepotential liegen, die Kollektoren direkt mit der jeweiligen Relaisspule verbunden sind und die freien Spulenanschlüsse auf dem Betriebspotenti­ al V_B liegen. Die Steueranschlüsse der beiden Transistoren T₁ und T₂, al­ so die Basen werden direkt von der Steuereinheit µP mittels Steuersigna­ len St₁ und St₂ angesteuert.

Zur Detektion des Motorstromes I_L wird der an dem Shunt W_S erzeugte Spannungsabfall der Steuereinheit µP zugeführt, die hieraus entspre­ chende Steuersignale St₁, St₂ und St₃ für beiden Tansistoren T₁ und T₂ sowie für den Feldeffekttransistor F₁ erzeugt, wie weiter unten erläutert werden soll.

Mittels der beiden Relais R₁ und R₂ werden zum Betrieb des Elektromo­ tors M entweder die Anschlußklemme K₁ oder die Klemme K₂ über den Relaiskontakt (Stellung 1) des jeweiligen Relais R₁ oder R₂ mit dem Plus- Pol der Versorgungsspannungsquelle V_B entsprechend der gewünschten Drehrichtung der Ankerwelle des Motors M verbunden, während die zweite Anschlußklemme K₂ oder K₁ über den Relaiskontakt (Stellung 2) des zweiten Relais R₂ bzw. R₁ mit Masse verbunden ist. Dabei wird der Feldeffekttransistor F₁ von der Steuereinheit µP im leitenden Zustand ge­ halten.

Erreicht die von dem Elektromotor M angetriebene Vorrichtung einer ihre Endstellungen (oder tritt im Falle der Verwendung als Fensterhebermotor ein-Einklemmfall auf) tritt aufgrund des Blockierens der Ankerwelle ein re­ lativ hoher Laststrom I_L auf, der von der Steuereinheit µP detektiert und ausgewertet wird. Erreicht dieser Laststrom I_L eine festgelegte Schwelle, werden zur Abschaltung des Elektromotors M in Abhängigkeit seiner Drehrichtung entweder die Transistoren T₁ und F₁ oder die Transistoren T₂ und F₁ in den nichtleitenden Zustand gesteuert. Hierzu erzeugt die Steu­ ereinheit µP beispielsweise zum Zeitpunkt t₁ entsprechende Steuersigna­ le, beispielsweise St1 und St3, wie dies in den Diagrammen a und c gemäß Fig. 2 dargestellt ist. Dabei werden die Steuerelektroden der beteiligten Transistoren zum gleichen Zeitpunkt mit dem Steuersignal beaufschlagt.

Aufgrund des induktiven Widerstandes der Relaisspule nimmt der durch das Relais fließende Haltestrom I_H nicht abrupt, sondern exponentiell ab, mit der Wirkung, daß der Relaiskontakt erst nach Unterschreiten des An­ zugsstromes I_A zum Zeitpunkt t₂ gemäß Diagramm b der Fig. 2 in seine Ruhestellung (siehe Stellung 2) abfällt. Aufgrund des schnelleren Schalt­ verhaltens des Feldeffekttransistors F₁ ist zu diesem Zeitpunkt t₂ der Last­ stromkreis bereits abgeschaltet (siehe Diagramm d der Fig. 2), so dass im Zeitpunkt t₂ die Relaiskontakte stromlos sind.

Nachdem die Relaiskontakte beider Relais R₁ und R₂ in ihrer Ruhestellung liegen, ist der Motor kurzgeschlossen und der von diesem induzierte Strom wird über eine der beiden Freilaufdioden D₁ oder D₂ abgebaut. Falls die Anschlußklemme K¹ des Elektromotors M mit dem Plus-Pol verbunden war, wird der induzierte Strom von der Diode D₁ abgebaut, während im anderen Fall dieser Strom von der Diode D₂ abgebaut wird.

Um die Sicherheit des Ereignisses, wonach der Relaiskontakt eines Relais R₁ oder R₂ zur Abschaltung immer dann in seine Ruhestellung abfällt, wenn dieser Kontakt durch den Feldeffekttransistor F₁ bereits stromlos geschaltet ist, zu erhöhen, kann das Steuersignal St₃ zur Abschaltung die­ ses Feldeffekttransistors F₁ bereits vor der Erzeugung eines Steuersigna­ les St₁ oder St₂ an einer der beiden Transistoren T₁ oder T₂ vor dem Zeit­ punkt t₁, also bereits beispielsweise zu einem Zeitpunkt t₁' erzeugt wer­ den, wie dies beispielsweise in dem Diagramm c der Fig. 2 dargestellt ist. Dies führt gemäß Fig. 2d zu einer noch früheren Abschaltung des Last­ stromes (siehe gestrichelt gezeichnete Kennlinie) des Laststromes!,. Die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t₁ und t₁' liegt dabei in der Größen­ ordnung von ca. 1-5 msek.

Dadurch dass der Laststromkreis durch den Feldeffekttransistor F₁ zuerst getrennt und anschließend erst der entsprechende Relaiskontakt stromlos geschaltet wird, wird die Lebensdauer dieser Relaiskontakte erheblich verlängert. Falls jedoch die Lebensdauer einer solchen Schaltungsanord­ nung vorgegeben ist, lassen sich mit der Erfindung minderwertigere Relais verwenden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors (M), bei dem dessen An­ schlusskontakte (K₁, K₂) jeweils über Umschaltkontakte eines steuerbaren Umschalters (R₁, R₂) wahlweise an einen der beiden Pole einer Versor­ gungsspannungsquelle (V_B) anschließbar sind, und zur Abschaltung des Elektromotors (M) der die Verbindung zur Versorgungsspannungsquelle (V_B) haltende Umschalter (R₁, R₂) mittels eines zu einem Abschaltzeit­ punkt (t₁) an den selben angelegtes Steuersignal (St₁, St₂) umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Abschaltzeitpunkt (t₁) oder kurz zuvor (t₁') einer der beiden Pole der Versorgungsspannungsquelle (V_B) mittels eines elektronischen Schalters (F₁) von den Umschaltkontakten der Umschalter (R₁, R₂) getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Um­ schalter (R₁, R₂) als Relais und der elektronische Schalter (F₁) als Halb­ leiterschalter, insbesondere als Transistor ausgebildet ist.