DE19751861A1

DE19751861A1 - electrical drive system and motion control

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Publication number: DE19751861A1
Application number: DE19751861A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bohlig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-11-22
Publication date: 1999-01-07

Abstract

The drive system has an electric motor 1 that is coupled to a controller 3 that has a microcomputer 5 , an application specific switching circuit 6, output drive stage 7 and an input interface 8. The interface connects the controller to the onboard network of the road vehicle. The speed of the motor is controlled using feedback signals from a sensor and by applying pulse width modulation to the windings.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung zur Steuerung von Bewegungsvorgängen, insbesondere zur Steuerung eines Öffnungs- und Schließvorgangs, von elektrisch antreibbaren Elementen, insbesondere von Fensterhebern und/oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen, - mit einem in zwei Drehrichtungen antreibbaren Elektromotor mit Rotor, Stator und Motorwicklungen und einer an den Elektromotor angeschlossenen elektronischen Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Elektromotors, wobei der Elektromotor zumindest einen Sensor zur Erfassung der Drehzahl und/oder der Position des Rotors aufweist, wobei die elektronische Steuerungseinrichtung zumindest einen Mikrocomputer zur Auswertung der von dem Sensor übermittelten Sensorsignale aufweist und wobei die elektronische Steuerungseinrichtung fernerhin zumindest einen Endstufenabschnitt aufweist, mit dem der Elektromotor nach Maßgabe der vom Mikrocomputer ausgewerteten Signale ansteuerbar ist. - Zweckmäßigerweise ist an den Elektromotor ein Getriebe zum Antrieb der Elemente, insbesondere der Fensterheber und/oder der Schiebedächer, angeschlossen.The invention relates to an electric drive device for controlling movement processes, in particular for Control of an opening and closing process, by electrically drivable elements, in particular from Window lifters and / or sunroofs in motor vehicles, - with one that can be driven in two directions of rotation Electric motor with rotor, stator and motor windings and an electronic one connected to the electric motor Control device for controlling the electric motor, wherein the electric motor has at least one sensor for detection has the speed and / or the position of the rotor, the electronic control device at least a microcomputer to evaluate the sensor has transmitted sensor signals and wherein the electronic control device furthermore at least has an output stage section with which the electric motor according to the signals evaluated by the microcomputer is controllable. - It is convenient to the Electric motor a gearbox for driving the elements, especially the window regulator and / or the sunroof, connected.

Die bekannte elektrische Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art, von der die Erfindung ausgeht (DE 31 36 746 C2 ) wird zum elektrischen Antrieb von Fensterhebern und/oder von Schiebedächern in Kraft fahrzeugen eingesetzt. Für diese bekannte Antriebs einrichtung wird ein Gleichstrommotor mit mechanischer Kommutierung verwendet. Die Motorwicklungen des Gleichstrommotors befinden sich im Rotor. Die Stromzufuhr erfolgt über einen mechanischen Kommutator und zwei Kohlebürsten. Im Stator des Gleichstrommotors sind zwei Permanentmagnete angeordnet. Im Motorgehäuse des Gleich strommotors ist zumindest ein Sensor für die Drehzahlerfassung vorgesehen. Die Drehzahlerfassung wird beispielsweise mit Hilfe eines auf der Motorwelle angeordneten Ringmagneten sowie mit zumindest einem Hallelement durchgeführt. Der Gleichstrommotor der bekannten Antriebseinrichtung zeichnet sich aufgrund des verhältnismäßig schnellen Verschleißes seiner Bauelemente in nachteilhafter Weise durch eine relativ geringe Zuverlässigkeit und eine relativ kurze Lebensdauer aus. Insoweit läßt auch die Positioniergenauigkeit bezüglich der antreibbaren Elemente zu wünschen übrig. Insbesondere die Kohlebürsten des Gleichstrommotors mit mechanischer Kommutierung verschleißen aufgrund von Abrieb verhältnis mäßig schnell. Im übrigen ist wegen des Bürstenabriebs eine aufwendige Lackierung von elektronischen Bauteilen erforderlich. Fernerhin kann bei dem bekannten Motor unerwünschtes sog. Bürstenfeuer entstehen.The known electric drive device of the beginning mentioned type from which the invention is based (DE 31 36 746 C2 ) becomes the electric drive of Power windows and / or sunroofs in place vehicles used. For this well-known drive device will be a DC motor with mechanical Commutation used. The motor windings of the DC motors are in the rotor. The power supply done via a mechanical commutator and two Carbon brushes. There are two in the stator of the DC motor Permanent magnets arranged. In the same engine housing current motor is at least a sensor for the Speed detection provided. The speed detection is for example with the help of one on the motor shaft arranged ring magnets and with at least one Hall element performed. The DC motor of the known drive device stands out due to the relatively fast wear of its components disadvantageously by a relatively small Reliability and a relatively short lifespan. In this respect, the positioning accuracy with respect to the drivable elements left something to be desired. especially the Carbon brushes of the DC motor with mechanical Commutation wear out due to the abrasion ratio moderately fast. Incidentally, because of brush abrasion elaborate painting of electronic components required. Furthermore, in the known engine undesirable so-called brush fire.

Die bei der bekannten Antriebseinrichtung an den Elektromotor angeschlossene elektronische Steuerungs einrichtung weist einen Endstufenabschnitt zur Ansteuerung des Elektromotors auf, der vorzugsweise als Doppelrelais ausgeführt ist. Mit dieser Relaisendstufe kann eine Drehrichtungsumschaltung des Elektromotors verwirklicht werden. Bei der bekannten Antriebseinrichtung kann die Endstufe aber auch als Halbleiterbrücke ausgeführt sein. Neben einem Mikrocomputer weist die elektronische Steuerungseinrichtung außerdem einen anwenderspezifischen Schaltkreis (nachfolgend ASIC) mit Spannungsregler, Überwachungsschaltkreis für den Mikrocomputer (sog. Watchdog) sowie mit Endstufen zur Relaisansteuerung, auf. Außerdem umfaßt die elektronische Steuerungseinrichtung ein Eingangsinterface zum Bordnetz des Kraftfahrzeuges. Die elektronische Steuerungseinrichtung kann verschiedene Funktionen übernehmen. Unter anderem wird die Betätigung von Bedienungselementen im Kraftfahrzeug zur Aktivierung eines Bewegungsvorganges bzw. zur Aktivierung des Elektromotors überprüft. Außerdem kann mit Hilfe der elektronischen Steuerungseinrichtung der Elektromotor bei Blockierung des bewegten Elementes, beispielsweise des bewegten Schiebedachs, blockiert werden. Insbesondere wird mit der elektronischen Steuerungseinrichtung der bekannten Antriebseinrichtung der sog. Einklemmschutz verwirklicht. Bei modernen Kraftfahrzeugen können die Fenster und/oder das Schiebedach automatisch geöffnet und geschlossen werden. Dabei wird nach einmaliger Betätigung eines entsprechenden Bedienungselementes im Kraftfahrzeug der Öffnungs- oder Schließvorgang automatisch durchgeführt. Das Gesetz schreibt für den automatischen Schließvorgang den sog. Einklemmschutz vor. Im Falle des Einklemmens eines Gegenstandes oder eines Körperteiles einer Person muß sich der Elektromotor automatisch abschalten und die Drehrichtung muß automatisch umgekehrt werden. Bei der bekannten Antriebseinrichtung wird mit Hilfe der Sensoren im Motorgehäuse die Drehzahl des Elektromotors kontinuierlich erfaßt. Bei einer Verringerung der Drehzahl wird mit Hilfe des Mikrocomputers eine Einklemmkraft berechnet. Wenn diese Einklemmkraft einen bestimmten Grenzwert, nach dem Gesetz 100 N, überschreitet, wird die Drehrichtung des Elektromotors umgeschaltet und der Öffnungsvorgang eingeleitet. Das Fenster bzw. das Schiebedach muß dabei um mindestens 50 mm wieder geöffnet werden, damit der eingeklemmte Gegenstand freigegeben wird. Zu der indirekten Ermittlung der Einklemmkraft ist ein leistungsfähiger Mikrocomputer mit entsprechender Software erforderlich.The in the known drive device to the Electric motor connected electronic control device has an output stage section for control of the electric motor, preferably as a double relay is executed. With this relay output stage Switching the direction of rotation of the electric motor realized become. In the known drive device, the But the output stage can also be designed as a semiconductor bridge. In addition to a microcomputer, the electronic one Control device also a user-specific Circuit (hereinafter ASIC) with voltage regulator, Monitoring circuit for the microcomputer (so-called Watchdog) as well as with output stages for relay control. The electronic control device also includes Input interface to the vehicle electrical system. The electronic control device can be different Take over functions. Among other things, the operation of controls in the motor vehicle for activation a movement or to activate the Checked electric motor. You can also use the electronic control device of the electric motor Blocking the moving element, such as the moving sunroof, are blocked. In particular with the electronic control device of the known Drive device implemented the so-called pinch protection. In modern motor vehicles, the windows and / or the sunroof opens and closes automatically become. After a single operation, a corresponding control element in the motor vehicle Opening or closing process carried out automatically. The Law writes for the automatic closing process so-called pinch protection. In case of pinching one The object or part of a person's body must be the electric motor automatically switch off and the The direction of rotation must be reversed automatically. In the known drive device is using the sensors the speed of the electric motor in the motor housing continuously recorded. When the speed is reduced becomes a pinching force with the help of the microcomputer calculated. If this pinching force a certain Limit, according to the law exceeds 100 N, the Direction of rotation of the electric motor switched and the Opening process initiated. The window or the The sunroof must be opened again by at least 50 mm so that the jammed object is released. There is a for the indirect determination of the pinching force powerful microcomputer with appropriate software required.

Die bekannte Antriebseinrichtung zeichnet sich durch eine Mehrzahl von Nachteilen aus. Die mit dem Gleichstrommotor mit mechanischer Kommutierung verbundenen Nachteile wurden bereits oben dargelegt. Wird im Rahmen der elektronischen Steuerungseinrichtung eine Relaisendstufe eingesetzt, ist eine ausreichende Zuverlässigkeit der Drehzahlregelung bzw. des Einklemmschutzes insbesondere bei einer hohen Anzahl von Schaltzyklen nicht gegeben. Wird in der elektronischen Steuerungseinrichtung eine Halbleiterbrücke als Endstufe verwendet, so sind bei einem Elektromotor mit mechanischer Kommutierung in aufwendiger Weise vier Halbleiter schaltelemente für die Halbleiterbrücke erforderlich. Im Ergebnis kann bei der bekannten Antriebseinrichtung die Drehzahl des Elektromotors nicht sehr zuverlässig und im übrigen nur verhältnismäßig aufwendig gesteuert und/oder geregelt werden.The known drive device is characterized by a Majority of disadvantages. The one with the DC motor disadvantages associated with mechanical commutation already explained above. Will be part of the electronic Control device used a relay output stage sufficient reliability of the speed control or of trapping protection, especially with a large number of switching cycles not given. Will be in the electronic Control device a semiconductor bridge as an output stage are used for an electric motor with mechanical Commutation in a complex way four semiconductors switching elements required for the semiconductor bridge. in the The result can be in the known drive device Speed of the electric motor not very reliable and im the others are controlled and / or only in a relatively complex manner be managed.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine elektrische Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine funktionssichere und zuverlässige Drehzahlsteuerung und/oder -regelung des Elektromotors und insbesondere auch ein zuverlässiger Einklemmschutz auf wenig aufwendige Weise verwirklicht werden kann.In contrast, the invention is the technical problem based on an electric drive device at the beginning specified type with which a reliable and reliable speed control and / or regulation of the Electric motor and especially a reliable one Pinch protection implemented in a less complex manner can be.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine elektrische Antriebseinrichtung der eingangs beschriebenen Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Elektromotor eine elektronische Kommutierung und zumindest zwei Motorwicklungen im Stator aufweist, daß der Endstufenabschnitt für die Ansteuerung jeder Motorwicklung je eine Halbleiterendstufe aufweist, daß zur Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl des Elektromotors ein elektromagnetisches Drehfeld zwischen Stator und Rotor von der elektronischen Steuerungseinrichtung erzeugbar ist und jeder Motorwicklung ein Pulsweiten-Modulationssignal über eine Halbleiterendstufe zuführbar ist, und daß die Frequenz und die Pulsweite eines Pulsweiten-Modulationssignals nach Maßgabe der dem Mikrocomputer zugeführten und vom Mikrocomputer ausgewerteten Sensorsignale steuerbar ist.The invention teaches to solve this technical problem an electric drive device of the entry described type, which is characterized in that the electric motor has an electronic commutation and has at least two motor windings in the stator that the Power stage section for the control of each motor winding each has a semiconductor output stage that for control and / or regulation of the speed of the electric motor electromagnetic rotating field between stator and rotor from the electronic control device can be generated and a pulse width modulation signal via each motor winding a semiconductor output stage can be supplied, and that the frequency and the pulse width of a pulse width modulation signal Provided that the microcomputer and the Microcomputer evaluated sensor signals is controllable.

Erfindungsgemäß wird ein Elektromotor bzw. Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung eingesetzt, ohne daß eine mechanische Kommutierung erforderlich ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromotor mit elektronischer Kommutierung Motorwicklungen im Stator und zumindest einen Magneten im Rotor auf. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Elektromotor mit elektronischer Kommutierung ein Reluktanzmotor. Ein solcher Reluktanzmotor nutzt die Anziehungskraft eines ortsfesten Elektromagneten, hier der Motorwicklung im Stator, auf einen aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Rotor aus, der das Bestreben hat, die Position des geringsten magnetischen Widerstandes, d. h. der minimalen Reluktanz, einzunehmen. Die Elektromotoren mit elektronischer Kommutierung zeichnen sich durch eine einfache Bauweise, eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer aus. Insbesondere sind in diesen Motoren kaum Verschleißteile vorhanden. Die Anzahl der Motorwicklungen hängt ab von der Art und der Konstruktion des Elektromotors. Erfindungsgemäß sind zwei oder mehr Motorwicklungen vorgesehen. Stets sind mindestens zwei Motorwicklungen notwendig, um eine Drehrichtungsumkehr des Elektromotors verwirklichen zu können.According to the invention, an electric motor or DC motor used with electronic commutation without a mechanical commutation is required. According to preferred Embodiment of the invention has the electric motor electronic commutation motor windings in the stator and at least one magnet in the rotor. After another preferred embodiment of the invention is the Electric motor with electronic commutation Reluctance motor. Such a reluctance motor uses the Attraction of a fixed electromagnet, here the Motor winding in the stator, on one out of one existing rotor made of ferromagnetic material, which the Seek the position of the least magnetic Resistance, d. H. the minimal reluctance. Draw the electric motors with electronic commutation by a simple design, a high Reliability and a long service life. In particular, there are hardly any wearing parts in these engines available. The number of motor windings depends on the Type and construction of the electric motor. According to the invention two or more motor windings are provided. Always are at least two motor windings are required to make one Realize reversal of the direction of rotation of the electric motor can.

Zweckmäßigerweise weist der Elektromotor mehrere Sensoren zur Erfassung der Drehzahl und/oder der Position des Rotors auf. Die Sensoren sind zweckmäßigerweise im Motorgehäuse angeordnet. Die von den Sensoren ausgehenden Signale werden von der elektronischen Steuerungseinrichtung verarbeitet.The electric motor expediently has a plurality of sensors to record the speed and / or the position of the rotor on. The sensors are expediently in the motor housing arranged. The signals coming from the sensors are processed by the electronic control device.

Es versteht sich, daß die elektronische Steuerungs einrichtung geeignete Steuerungshardware aufweist. Vorzugsweise weist die elektronische Steuerungseinrichtung neben dem Mikrocomputer zur Auswertung der Sensorsignale und dem Endstufenabschnitt zur Ansteuerung der Motorwicklungen einen anwenderspezifischen Schaltkreis (ASIC) und ein Eingangsinterface auf. Wenn die elektrische Antriebseinrichtung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, ist das Eingangsinterface zweckmäßigerweise an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen. Das Eingangsinterface bzw. die Schnittstelle, vorzugsweise zum Bordnetz des Kraftfahrzeuges, kann als konventionelle Schnittstelle ausgeführt sein. Dann ist die Antriebseinrichtung über eine Mehrzahl von Leitungen mit den Bedienungselementen und/oder anderen Steuergeräten verbunden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Eingangsinterface bzw. die Schnittstelle als Busschnittstelle ausgeführt. Hierdurch wird die Anzahl der Leitungen gegenüber der konventionellen Schnittstelle deutlich reduziert. Zweckmäßigerweise sind nur vier Verbindungsleitungen, vorzugsweise zum Bordnetz des Kraftfahrzeuges, notwendig, davon zwei für die Busschnittstelle und zwei für die Spannungsversorgung.It is understood that the electronic control device has suitable control hardware. The electronic control device preferably has in addition to the microcomputer for evaluating the sensor signals and the output stage section for controlling the Motor windings a user-specific circuit (ASIC) and an input interface. If the electrical Drive device is used in a motor vehicle, the input interface is expediently connected to the vehicle electrical system connected to the motor vehicle. The input interface or the interface, preferably to the electrical system of the Motor vehicle, can be used as a conventional interface be executed. Then the drive device is over a A plurality of lines with the controls and / or connected to other control units. According to preferred An embodiment of the invention is the input interface or the interface is designed as a bus interface. As a result, the number of lines compared to conventional interface significantly reduced. Only four connecting lines are expedient, preferably to the vehicle electrical system, necessary two of them for the bus interface and two for the Power supply.

Erfindungsgemäß weist der Endstufenabschnitt pro Motor wicklung eine Halbleiterendstufe auf. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß eine Halbleiterendstufe als Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltelementen und zwei Freilaufdioden ausgeführt ist. Zweckmäßigerweise sind die Halbleiter schaltelemente dabei Feldeffekttransistoren. Diese Aus führungsform mit zwei Halbleiterschaltelementen ermöglicht zusätzlich die sog. Rückspeisung ins Netz. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine Halbleiterendstufe als Low-Side-Treiber ausgeführt. Low-Side-Treiber meint ein Schaltelement nach Masse (d. h. das Schaltelement schaltet die Last, welche einseitig direkt mit der Betriebsspannung verbunden ist, nach Masse). Bei dieser Ausführungsform wird in einer Halbleiterendstufe bzw. für eine Motorwicklung nur ein Halbleiterschaltelement und nur eine Freilaufdiode benötigt. Für eine Minimalkonfiguration des Elektromotors mit elektronischer Kommutierung, bei der nur zwei Motorwicklungen verwirklicht sind, sind daher nur zwei Halbleiterschaltelemente erforderlich. Dagegen sind bei einem entsprechenden Elektromotor mit mechanischer Kommutierung in relativ aufwendiger Weise vier Halbleiterschaltelemente notwendig. Es liegt im übrigen auch im Rahmen der Erfindung, zumindest eine Halbleiterendstufe als High-Side-Treiber auszuführen. High-Side-Treiber meint ein Schaltelement zur Betriebs spannung (d. h. das Schaltelement schaltet die Last, welche einseitig direkt mit der Masse verbunden ist, zur Betriebs spannung).According to the invention, the output stage section has one motor winding up a semiconductor output stage. It's in the frame the invention that a semiconductor power stage as a half bridge with two semiconductor switching elements and two freewheeling diodes is executed. The semiconductors are expedient switching elements field effect transistors. This out management form with two semiconductor switching elements additionally the so-called feedback into the network. According to preferred Embodiment of the invention is at least one Semiconductor output stage designed as a low-side driver. Low-side driver means a switching element according to ground (i.e. that Switching element switches the load, which one-sided directly is connected to the operating voltage, by ground). At This embodiment is in a semiconductor power stage or only one semiconductor switching element for a motor winding and only needs a free-wheeling diode. For one Minimal configuration of the electric motor with electronic Commutation in which only two motor windings are realized are therefore only two semiconductor switching elements required. In contrast are in a corresponding Electric motor with mechanical commutation in relative four semiconductor switching elements necessary. It is also within the scope of the invention, at least to execute a semiconductor output stage as a high-side driver. High-side driver means a switching element for operation voltage (i.e. the switching element switches the load which is connected directly to the ground on one side, for operation tension).

Zur Erzeugung des umlaufenden magnetischen Drehfeldes muß mit dem Mikrocomputer pro Motorwicklung ein Puls weiten-Modulationssignal erzeugt werden. Dieses Puls weiten-Modulationssignal wird abhängig von der Lage des Rotors zur Motorwicklung gesteuert. Die Steuerung des Pulsweiten-Modulationssignals erfolgt in Abhängigkeit von dem Sensor bzw. den Sensoren erzeugten Signalen, welche Sensoren die Position des Rotors relativ zur Motorwicklung ermitteln. Im Mikrocomputer wird mit Hilfe eines Algorithmus zweckmäßigerweise mit zusätzlichen Timer-Strukturen das pulsweiten-Modulationssignal erzeugt. Die Timer-Strukturen ermöglichen eine interruptgesteuerte Generierung der Ansteuersignale für die Halb leiterendstufen. - Mit Hilfe des Pulsweiten-Modulations signals kann die Drehzahl des Elektromotors genau und funktionssicher gesteuert und/oder geregelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, das Drehmoment des Elektromotors zu steuern und/oder zu regeln, was zweckmäßigerweise durch Beeinflussung der pulsweite des Pulsweiten-Modulationssignals erzielt wird. Der eingangs beschriebene Einklemmschutz kann ebenfalls sehr funktions sicher mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung verwirklicht werden. Aufgrund der erfindungsgemäß möglichst genauen und funktionssicheren Drehzahlregelung können die Einklemmkräfte im Einklemmfall effektiv reduziert werden. Im Ergebnis können die Gesetzesanforderungen deutlich unterschritten werden. Insbesondere kann eine konstante Motordrehzahl unter allen Bedingungen, auch bei Aufschaltung von Störgrößen, wie z. B. Spannungs schwankungen im Bordnetz, gewährleistet werden.To generate the rotating magnetic field must one pulse per motor winding with the microcomputer wide-modulation signal are generated. That pulse width modulation signal is dependent on the location of the Controlled rotor for motor winding. The control of the Pulse width modulation signal occurs depending on the sensor or the sensors generated signals which Sensors the position of the rotor relative to the motor winding determine. In the microcomputer, a Algorithm expediently with additional Timer structures generated the pulse width modulation signal. The timer structures enable interrupt-controlled Generation of the control signals for the half power amplifiers. - With the help of pulse width modulation signals can exactly and the speed of the electric motor be controlled and / or regulated in a functionally reliable manner. It is within the scope of the invention, the torque of the Electric motor to control and / or regulate what expediently by influencing the pulse width of the Pulse width modulation signal is achieved. The beginning Pinch protection described can also be very functional safely with the drive device according to the invention be realized. Because of the invention if possible accurate and reliable speed control can Pinching forces in the event of a pinch can be effectively reduced. As a result, the legal requirements can be clear be undercut. In particular, a constant Engine speed under all conditions, even at Activation of disturbances, such as B. voltage fluctuations in the vehicle electrical system can be guaranteed.

Erfindungsgemäß kann mit dem Sensor bzw. den Sensoren die Position des Rotors ermittelt werden und der Mikrocomputer kann mit Hilfe dieser Meßwerte prüfen, in welcher Position sich das zu bewegende Element, beispielsweise Schiebedach, befindet. Dementsprechend kann der Elektromotor angesteuert und insbesondere seine Drehzahl gesteuert und/oder geregelt werden. Erfindungsgemäß werden also mit den Sensoren charakteristische Meßwerte bezüglich des Elektromotors erfaßt und im Mikrocomputer werden insbesondere Ist-Werte mit Soll-Werten verglichen und aufgrund des Vergleichsergebnisses kann die Steuerung und/oder Regelung, vor allem der Drehzahl, vorgenommen werden. - Der Elektromotor kann zunächst unmittelbar über Bedienungs elemente (im Kraftfahrzeug) beeinflußt werden. Weiterhin wird der Elektromotor erfindungsgemäß, wie erläutert, mit Hilfe der von den Sensoren ermittelten charakteristischen Meßgrößen mittelbar über den Mikrocomputer beeinflußt.According to the invention, the sensor or sensors Position of the rotor can be determined and the microcomputer can use these measured values to check in which position the element to be moved, e.g. sunroof, located. The electric motor can be controlled accordingly and in particular its speed is controlled and / or regulated become. According to the invention, the sensors characteristic measured values relating to the electric motor actual values are recorded and in the microcomputer in particular compared with target values and based on the The control and / or regulation, especially the speed. - Of the Electric motor can initially be operated directly elements (in the motor vehicle) are influenced. Farther the electric motor according to the invention, as explained, with With the help of the characteristic determined by the sensors Measured variables influenced indirectly via the microcomputer.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Elektromotor und die elektronische Steuerungseinrichtung getrennt voneinander anzuordnen und durch einen Kabelstrang elektrisch zu verbinden. Dabei bildet die elektronische Steuerungs einrichtung eine unabhängige Einheit oder einen Teil einer größeren Steuerungsvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind die Halbleiterschaltelemente kurzschlußfest einzurichten. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Steuerungseinrichtung in einem Gehäuse des Elektromotors integriert. Dabei kann dieser integrierte Bestandteil lediglich die Steuerungs funktionen der Antriebseinrichtung übernehmen oder aber auch um weitere Steuerungsfunktionen ergänzt sein. Bei dieser letztgenannten Ausführungsform handelt es sich um eine wenig aufwendige und kostengünstige Ausführungsform der Erfindung.It is within the scope of the invention, the electric motor and the electronic control device separately to arrange and electrically through a cable harness connect. The electronic control forms Establish an independent unit or part of one larger control device. In this embodiment the semiconductor switching elements are short-circuit proof to set up. According to a preferred embodiment of the Invention is the electronic control device in integrated into a housing of the electric motor. It can this integrated part only the control take over functions of the drive device or can also be supplemented by other control functions. At this latter embodiment is concerned a less complex and inexpensive embodiment the invention.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmomentes des Elektromotors mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung sehr funktionssicher und vor allem einfacher als bei der bekannten eingangs genannten Antriebseinrichtung durchführbar ist. Hierzu wird bei der Erzeugung des elektromagnetischen Drehfeldes mittels der elektronischen Steuerungseinrichtung erfindungsgemäß sowohl die Frequenz als auch die Pulsweite des Pulsweiten-Modu lationssignals gesteuert und/oder geregelt. - Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zur Steuerung des Öffnungs- und Schließvorganges von Fensterhebern und/oder Schiebedächern in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die elektrische Antriebseinrichtung beispielsweise zur Steuerung der Sitzverstellung in einem Kraftfahrzeug einzusetzen. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zur Steuerung der verschiedensten Bewegungsvorgänge verwendbar, beispielsweise auch in der Robotertechnik für Bewegungsautomaten.The invention is based on the knowledge that the Control and / or regulation of the speed and / or the Torque of the electric motor with the invention Drive device very reliable and above all easier than with the known initially mentioned Drive device is feasible. For this, the Generation of the electromagnetic rotating field by means of electronic control device according to the invention both the frequency and the pulse width of the pulse width module tion signal controlled and / or regulated. - Preferably becomes the drive device according to the invention for control the opening and closing process of window regulators and / or sunroofs used in motor vehicles. It but is also within the scope of the invention, the electrical Drive device for controlling the To use seat adjustment in a motor vehicle. Basically, the drive device according to the invention to control a wide variety of movements usable, for example also in robot technology for Automatic machines.

Die Erfindung weist gegenüber der bekannten eingangs beschriebenen Antriebseinrichtung eine Vielzahl von Vorteilen auf. Gegenüber dem bekannten Elektromotor mit mechanischem Kommutator wird die Anzahl von Bauteilen, die einem Verschleiß bzw. Abrieb unterliegen, reduziert. Der Elektromotor mit elektronischer Kommutierung ist nahezu verschleißfrei und insoweit wird die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Antriebseinrichtung beachtlich erhöht. Aufgrund des kontaktlosen Aufbaus des Motors ist das EMV-Verhalten (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) deutlich verbessert. Im Gegensatz zum Motor mit mechanischer Kommutierung entsteht kein unerwünschtes Bürstenfeuer. Da ein Bürstenabrieb erfindungsgemäß vermieden wird, ist eine Verlackung elektronischer Bauteile nicht erforderlich. Bei dem Elektromotor mit elektronischer Kommutierung sind die Wicklungen einfacher zu fertigen als bei dem Elektromotor mit mechanischer Kommutierung. Bedingt durch den Entfall des mechanischen Kommutators kann erfindungsgemäß das Drehfeld durch eine elektronische Steuerung verwirklicht werden und insoweit sind höhere Motordrehzahlen als mit mechanischem Kommutator möglich. Aufgrund des einfachen, modularen Aufbaus der erfindungs gemäßen Antriebseinrichtung ist eine wenig aufwendige und weitgehend automatisierbare Fertigung möglich. Wegen des einfachen modularen Aufbaus ist die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung auch einfach recycelbar. Die Antriebseinrichtung ist im übrigen unempfindlich gegenüber flüssigen Medien.The invention has at the outset the known described drive means a variety of Advantages. Compared to the well-known electric motor mechanical commutator is the number of components that wear or abrasion, reduced. Of the Electric motor with electronic commutation is almost there wear-free and insofar the lifespan and the Reliability of the drive device increased considerably. Because of the contactless design of the motor, this is EMC behavior (EMC = electromagnetic compatibility) clearly improved. In contrast to the engine with mechanical commutation is not an undesirable result Brush fire. Because a brush abrasion according to the invention Avoid varnishing of electronic components not mandatory. With the electric motor with electronic Commutation, the windings are easier to manufacture than in the electric motor with mechanical commutation. Conditionally due to the elimination of the mechanical commutator according to the invention, the rotating field by an electronic Control can be realized and so far are higher Motor speeds possible with a mechanical commutator. Because of the simple, modular structure of the Invention according drive device is a little complex and largely automated production possible. Because of the simple modular structure is the invention Drive device also easily recyclable. The Drive device is otherwise insensitive to liquid media.

Da die elektronische Steuerung bei allen Motoren konzeptionell identisch ist, ist eine verhältnismäßig geringe Anzahl von verschiedenen Antriebseinrichtungen erforderlich. Trotz Unterschieden in den Steuerungs konzepten für verschiedene Anwendungsbereiche ist die Hardware der Antriebseinrichtungen ähnlich. Damit ist auch die Anzahl verschiedener elektronischer Steuerungsein richtungen relativ gering. Fernerhin kann mit einer Mikrocomputerfamilie und mit einer strukturierten Software die gesamte Bandbreite verschiedener Antriebseinrichtungen abgedeckt werden.Because the electronic control on all engines is conceptually identical, is proportional small number of different drive devices required. Despite differences in control is the concept for different areas of application Hardware of the drive devices similar. That is also the number of different electronic controls directions relatively low. Furthermore, with a Microcomputer family and with a structured software the entire range of different drive devices be covered.

Aufgrund der erfindungsgemäßen funktionssicheren Drehzahlregelung kann ein sanfter Anlauf und ein sanfter Stop des bewegten Elementes verwirklicht werden. Insoweit kann auch die Geräuschentwicklung beim Start und beim Abbremsen des Elementes, beispielsweise bei einem Öffnungs- oder Schließvorgang reduziert werden. Außerdem werden durch den sanften Start und das sanfte Abbremsen die mechanischen Bauteile geschont. Aufgrund der funktions sicheren Drehzahlregelung kann eine konstante Geschwindigkeit des bewegten Elementes auch bei sich ändernden Betriebsparametern eingehalten werden. Wie bereits oben dargelegt, können durch die Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmomentes die Einklemmkräfte reduziert werden. Aufgrund der Drehzahlreduzierung bzw. aufgrund des Abbremsens beim Öffnungs- bzw. Schließvorgang wird auch die Positionier genauigkeit für das bewegte Element erhöht. Die Antriebsmechanik wird geschont, da die mechanischen Anschläge mit reduzierter Geschwindigkeit angefahren werden.Because of the reliable function according to the invention Speed control can be a smooth start and a gentle one Stop the moving element to be realized. So far can also the noise development at the start and at Braking the element, for example at one Opening or closing process can be reduced. Furthermore through the gentle start and the gentle braking protected mechanical components. Because of the functional safe speed control can be a constant Speed of the moving element also with itself changing operating parameters are observed. How already set out above, can by the controller and / or Regulation of the speed and / or the torque Pinching forces can be reduced. Due to the Reduced speed or due to braking when The opening or closing process also becomes the positioning accuracy for the moving element increased. The Drive mechanics is protected because the mechanical Stops approached at reduced speed become.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:In the following, the invention is based on only one Exemplary embodiment drawing closer explained. In a schematic representation:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elek trischen Antriebseinrichtung, Fig. 1 is a block diagram of an elec trical drive device according to the invention,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiterendstufe, Fig. 2 shows a first embodiment of a semiconductor power amplifier according to the invention,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Halbleiterendstufe,A semiconductor power amplifier Fig. 3 shows another embodiment according to the Invention,

Fig. 4 den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung. Fig. 4 shows the mechanical structure of the drive device according to the invention.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinrichtung, die mit einem Elektromotor 1 mit elektronischer Kommutierung arbeitet. Bei diesem erfindungsgemäßen Elektromotor 1 sind die Motorwicklungen 2 im Stator angeordnet. An den Elektromotor 1 bzw. Gleichstrommotor ist eine elektronische Steuerungseinrichtung 3 zur Steuerung des Elektromotors 1 angeschlossen. Der Elektromotor 1 weist im Ausführungs beispiel nach Fig. 1 mehrere Sensoren 4 zur Erfassung der Drehzahl und/oder der Position des Elektromotors 1 auf. Die elektronische Steuerungseinrichtung 3 weist im Ausführungs beispiel einen Mikrocomputer 5 zur Auswertung der von den Sensoren 4 übermittelten Sensorsignale auf. Der Mikrocomputer 5 ist über einen anwenderspezifischen Schaltkreis 6 (ASIC) an einen Endstufenabschnitt 7 angeschlossen. Mit dem Endstufenabschnitt 7 wird der Elektromotor 1 bzw. die Motorwicklungen 2 nach Maßgabe der vom Mikrocomputer 5 ausgewerteten Sensorsignale angesteuert. Die elektronische Steuerungseinrichtung 3 weist fernerhin ein Eingangsinterface 8 auf, das im Ausführungsbeispiel an das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges angeschlossen ist. Fig. 1 shows a block diagram of the electric drive device according to the invention, which works with an electric motor 1 with electronic commutation. In this electric motor 1 according to the invention, the motor windings 2 are arranged in the stator. An electronic control device 3 for controlling the electric motor 1 is connected to the electric motor 1 or DC motor. The electric motor 1 has, in the embodiment example according to FIG. 1, a plurality of sensors 4 for detecting the speed and / or the position of the electric motor 1 . In the exemplary embodiment, the electronic control device 3 has a microcomputer 5 for evaluating the sensor signals transmitted by the sensors 4 . The microcomputer 5 is connected to an output stage section 7 via a user-specific circuit 6 (ASIC). The output stage section 7 controls the electric motor 1 or the motor windings 2 in accordance with the sensor signals evaluated by the microcomputer 5 . The electronic control device 3 also has an input interface 8 , which in the exemplary embodiment is connected to the electrical system of a motor vehicle.

Erfindungsgemäß und im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 weist der Endstufenabschnitt 7 für die Ansteuerung jeder Motorwicklung 2 je eine Halbleiterendstufe 9 auf. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Halbleiterendstufe 9 als Halbbrücke zur Ansteuerung einer Motorwicklung 2 ausgebildet. Diese Halbbrücke weist zwei Halbleiter schaltelemente 10 sowie zwei Freilaufdioden 11 auf. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Halbleiterendstufe 9 als Low-Side-Treiber zur Ansteuerung einer Motorwicklung 2 ausgeführt. Diese Halbleiterendstufe 9 weist ein Halbleiterschaltelement sowie eine Freilaufdiode 11 auf.According to the invention and in the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3, the output stage section 7 has a semiconductor output stage 9 for controlling each motor winding 2 . In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the semiconductor output stage 9 is designed as a half bridge for controlling a motor winding 2 . This half-bridge has two semiconductor switching elements 10 and two freewheeling diodes 11 . In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the semiconductor output stage 9 is designed as a low-side driver for controlling a motor winding 2 . This semiconductor output stage 9 has a semiconductor switching element and a free-wheeling diode 11 .

Zur Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmomentes des Elektromotors wird ein elektromagnetisches Drehfeld zwischen Stator und Rotor des Elektromotors 1 von der elektronischen Steuerungseinrichtung 3 erzeugt. Dabei ist jeder Motorwicklung 2 ein Pulsweiten-Modulationssignal über eine Halbleiterendstufe 9 zuführbar. Erfindungsgemäß wird die Frequenz und die Pulsweite des Pulsweiten-Modulationssignals nach Maßgabe der dem Mikrocomputer 5 zugeführten und vom Mikrocomputer 5 ausgewerteten Sensorsignale gesteuert. Dabei erfolgt diese Steuerung von Frequenz und Pulsweite durch einen entsprechenden Algorithmus mit dem Mikrocomputer 5. Die Steuerung der Frequenz und/oder Pulsweite des Pulsweiten-Modulationssignals erfolgt in Abhängigkeit von der Position des Rotors des Elektromotors 1 relativ zu den Motorwicklungen 2.To control and / or regulate the speed and / or the torque of the electric motor, an electromagnetic rotating field between the stator and rotor of the electric motor 1 is generated by the electronic control device 3 . Each motor winding 2 can be supplied with a pulse width modulation signal via a semiconductor output stage 9 . According to the invention, the frequency and the pulse width of the pulse width modulation signal in accordance with the microcomputer 5 supplied and evaluated by the microcomputer 5 sensor signals is controlled. This control of frequency and pulse width is carried out by a corresponding algorithm with the microcomputer 5 . The frequency and / or pulse width of the pulse width modulation signal are controlled as a function of the position of the rotor of the electric motor 1 relative to the motor windings 2 .

Zweckmäßigerweise umfaßt der anwenderspezifische Schalt kreis 6 (ASIC) einen Spannungsregler für den Mikrocomputer 5. Der ASIC kann fernerhin eine Reset-Schaltung und/oder einen Überwachungsschaltkreis für den Mikrocomputer (Watchdog) enthalten. Weiterhin übernimmt der ASIC zweckmäßigerweise die Spannungsaufbereitung zur Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente 10 der Halbleiterendstufe 9. Diese Spannungsaufbereitung ist abhängig von der Art der verwendeten Halbleiterendstufe 9 und der verwendeten Halbleiterschaltelemente 10. Bei der Ausführungsform des Low-Side-Treibers gemäß Fig. 3 kann die entsprechende Hardware zur Spannungsaufbereitung entfallen, da ein als Halbleiterschaltelement 10 eingesetzter Logic-Level-Feld effekttransistor unmittelbar von dem Mikrocomputer 5 angesteuert werden kann. Logig-Level-Feldeffekttransistor meint einen Feldeffekttransistor der mit einer Gatespannung vom 5 V voll durchgesteuert wird und somit direkt vom Mikrocomputer angesteuert werden kann. The user-specific circuit 6 (ASIC) expediently comprises a voltage regulator for the microcomputer 5 . The ASIC can furthermore contain a reset circuit and / or a monitoring circuit for the microcomputer (watchdog). Furthermore, the ASIC expediently takes over the voltage processing for controlling the semiconductor switching elements 10 of the semiconductor output stage 9 . This voltage conditioning depends on the type of semiconductor output stage 9 used and the semiconductor switching elements 10 used . In the embodiment of the low-side driver according to FIG. 3, the corresponding hardware for voltage processing can be omitted, since a logic level field effect transistor used as a semiconductor switching element 10 can be controlled directly by the microcomputer 5 . Logig-level field-effect transistor means a field-effect transistor that is fully controlled with a gate voltage of 5 V and can therefore be controlled directly by the microcomputer.

Nach bevorzugter Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Elektromotor 1 mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 3 zu einer Einheit bzw. in einem Gehäuse bzw. Motorgehäuse zusammengefaßt. Fig. 4 zeigt den Elektromotor 1 mit integrierter elektronischer Steuerungseinrichtung 3 sowie dem Eingangsinterface 8 bzw. der elektrischen Schnittstelle zum Bordnetz des Kraftfahrzeuges. Außerdem ist eine Getriebeeinheit 12 zum Antrieb des antreibbaren Elementes schematisch dargestellt.According to a preferred embodiment and in the exemplary embodiment according to FIG. 4, the electric motor 1 is combined with the electronic control device 3 to form a unit or in a housing or motor housing. Fig. 4 shows the electric motor 1 with integrated electronic control means 3 and the input interface 8 and the electrical interface to the onboard network of the motor vehicle. In addition, a gear unit 12 for driving the drivable element is shown schematically.

Claims

1. Electrical drive device for controlling movement processes, in particular for controlling an opening and closing process, of electrically drivable elements, in particular window regulators and / or sliding roofs in motor vehicles, with

an electric motor ( 1 ) which can be driven in two directions of rotation with a rotor, stator and motor windings ( 2 ) and
one connected to the electric motor ( 1 ) electronic control device ( 3 ) for controlling the electric motor ( 1 ),
the electric motor ( 1 ) having at least one sensor ( 4 ) for detecting the speed and / or the position of the rotor,
wherein the electronic control device ( 3 ) has at least one microcomputer ( 5 ) for evaluating the sensor signals transmitted by the sensor ( 4 ),
The electronic control device ( 3 ) furthermore has at least one output stage section ( 7 ) with which the electric motor ( 1 ) can be controlled in accordance with the signals evaluated by the microcomputer ( 5 ),

characterized by
that the electric motor ( 1 ) has electronic commutation and at least two motor windings ( 2 ) in the stator,
that the output stage section ( 7 ) for controlling each motor winding has a semiconductor output stage ( 9 ),
that for controlling and / or regulating the speed of the electric motor ( 1 ) an electromagnetic rotating field between the stator and rotor can be generated by the electronic control device ( 3 ) and each motor winding ( 2 ) can be supplied with a pulse-width modulation signal via a semiconductor stage,
and in that the frequency and a pulse width modulation signal in accordance with the microcomputer (5) supplied to and analyzed by the microcomputer (5) is controllable sensor signals, the pulse width.

2. Electrical drive device according to claim 1, characterized in that the electric motor with electronic commutation motor windings ( 2 ) in the stator and at least one magnet in the rotor.

3. Electric drive device according to claim 1, characterized in that the electric motor ( 1 ) with electronic commutation is a reluctance motor.

4. Electrical drive device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electronic control device ( 3 ) in addition to the microcomputer ( 5 ) and the output stage section ( 7 ) has a user-specific circuit ( 6 ) and an input interface ( 8 ).

5. Electrical drive device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one semiconductor output stage ( 9 ) is designed as a half bridge with two semiconductor switching elements and two freewheeling diodes.

6. Electrical drive device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one semiconductor output stage ( 9 ) is designed as a low-side driver.

7. Electrical drive device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electronic control device ( 3 ) is integrated in a housing of the electric motor.