(57)【要約】【課題】自動車の中でポンプモータの形で用いられる、電気的に整流されるモータにおけるカーボンブラシ整流器の摩耗の測定方法および装置を提供する。【解決手段】整流式の直流モータ、特に自動車のポンプモータにおける、複数のカーボンブラシを備えているカーボンブラシ整流器の摩耗の測定方法において、少なくとも一つのカーボンブラシの摩耗が、発電機的モータ電圧（UG）の時間的特性に依存して測定される。カーボンブラシ整流器の摩耗の測定装置は、直流モータが少なくとも二つのカーボンブラシを用いて駆動され且つ発電機的アフターランニング電圧の測定のための手段を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流式の直流モータ、特に自動車のポンプモータにおける、複数のカーボンブラシを備えているカーボンブラシ整流器の摩耗の測定方法において、
少なくとも一つのカーボンブラシの摩耗が、発電機的モータ電圧（UG）の時間的特性に依存して測定されることを特徴とするカーボンブラシ整流器の摩耗の測定方法。
【請求項２】
摩耗がモータスタートの間に測定されることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記カーボンブラシの摩耗を検知するために、一つのカーボンブラシが少なくとも一つの他のカーボンブラシよりも短く作られていることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記カーボンブラシ整流器のために用いられているカーボンブラシの中の一つが、所定の摩耗が生じた際に、更なる前進を阻止されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の測定方法。
【請求項５】
整流式の直流モータが複数のカーボンブラシを用いて駆動され、且つ発電機的モータ電圧を測定する手段（２００）が備えられている、前記整流直流モータ、特に自動車のポンプモータにおける整流器の摩耗の測定装置において、
少なくとも一つのカーボンブラシの摩耗が、発電機的モータ電圧（UG）の時間的特性に依存して測定されることを特徴とする整流器の摩耗の測定装置。
【請求項６】
前記手段が摩耗をモータスタートの間に測定することを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記カーボンブラシの摩耗を検知するために、一つのカーボンブラシが短く作られていることを特徴とする請求項５または６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記カーボンブラシの保持器を備えており、一つのカーボンブラシの保持器が、カーボンブラシの所定の摩耗が生じた際に、そのカーボンブラシが前進を阻止されるように作られていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の測定装置。
【請求項９】
前記カーボンブラシが輪郭線を有しており、所定の摩耗が生じた際に、前記輪郭線が前記カーボンブラシを前記保持器のストッパに対して押し当てることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記カーボンブラシに対する電気的接触を生成するリッツ線が、所定の摩耗が生じた際に、前記保持器のストッパに対して押し当てられることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータにおけるカーボンブラシ整流器の摩耗を測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的に整流されたモータ、特に直流モータの場合、電気化学的、電気的、および／または機械的なプロセスに基づいて、カーボンブラシ及び整流子の摩耗が発生することがある。この摩耗は極端な場合には、電気的に整流されたモータの停止を引き起こすことがある。何故なら、カーボンブラシのそのような限界的な摩耗の際には、電流が最早電動モータの電機子コイルを通って流れることができなくなるからである。
【０００３】
それ故、そのような電気的に整流されたモータを、特にブレーキシステムにおいて、例えばポンプモータとして使用する場合には、カーボンブラシの限界的摩耗或いは摩耗の早期検知が行われなければならない。
【０００４】
そのような摩耗を、例えば、ＤＥ１９９ ２３ ６８９ Ａ１に記載されているような電気／油圧式ブレーキシステムでタイミング良く検知するためには、幾つかの方法を用いることができる。例えば、ブレーキシステムの油圧部品のポンプモータ上のカーボンブラシの摩耗を、車両運転の間のブレーキングの回数によって見積もることができる。
【０００５】
文献 １０ ２００４ ０３５３１８ Ａ１ から、電動モータの整流器の摩耗の測定のためのもう一つの方法或いは装置が知られている。
その際、摩耗として電動モータのカーボンブラシの摩耗が摩耗の大きさによって測定される。この摩耗の大きさは、電動モータの回転数を表す回転数値に依存して確定される。この回転数値によって、電動モータが行った回転数のための尺度が導き出される。それに応じて摩耗も生じるという仮定に基づいて、カーボンブラシの摩耗を測定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、例えば自動車の中でポンプモータの形で用いられる、電気的に整流されるモータにおけるカーボンブラシ整流器の摩耗の測定のための方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、整流式の直流モータ、特に自動車のポンプモータにおける、複数のカーボンブラシを備えているカーボンブラシ整流器の摩耗の測定方法において、少なくとも一つのカーボンブラシの摩耗が、発電機的モータ電圧（の時間的特性に依存して測定される。
【０００８】
また、本発明によれば、整流式の直流モータが複数のカーボンブラシを用いて駆動され、且つ発電機的モータ電圧を測定する手段が備えられている、前記整流直流モータ、特に自動車のポンプモータにおける整流器の摩耗の測定装置において、少なくとも一つのカーボンブラシの摩耗が、発電機的モータ電圧の時間的特性に依存して測定される。
【０００９】
直流モータが少なくとも二つのカーボンブラシを用いて駆動され且つ発電機的アフターランニング（余動）電圧の測定のための手段を備えているということが提案される。本発明によれば、発電機的モータ電圧の時間的特性から少なくとも一つのカーボンブラシの摩耗が導き出されてドライバーに指示される。
【発明の効果】
【００１０】
直流モータの運転のために必要なカーボンブラシの摩耗或いは損耗のそのような検知装置の使用によって、特にそれが自動車のブレーキシステムにおいてポンプモータとして用いられる時に、モータの故障をタイミング良く検知することができる。これによって、ドライバーはポンプの致命的な出力低下の前に警告を受けることができるので、ポンプの故障が危険を引き起こす前に、タイミング良く工場へ行くことができる。
【００１１】
本発明の一つの拡張例では、カーボンブラシの摩耗がモータスタートの間に測定される。この手法は、カーボンブラシの摩耗或いはカーボンブラシとモータのロータとの間の接触が正にスタート段階の間にモータ電圧に対して最大の影響を与えるという利点を持っている。
【００１２】
本発明のこの拡張例によって意図的に一つのカーボンブラシの摩耗を検知することができる。
有利な手法によれば、直流モータの制御の際に用いられるカーボンブラシの一つを他のものよりも短く作っておくことができる。これによって、直流モータの総運転時間はブラシの短縮によって確かに制限されるけれども、一つのカーボンブラシの短縮に依存してなお整流を続けている三つのブラシを通して一定の時間（残り運転時間）の間、更に電流が送られる。そのような短縮によって、意図的に、所定の摩耗が生じた際に発電機的モータ電圧の低下によって摩耗を検知することができる。
【００１３】
所定の摩耗に到達した際に意図的に発電機的モータ電圧を低下させ、且つそれによって摩耗を検知するためのもう一つの手法に、カーボンブラシの動きをブラシ保持器内の対応するストッパによって阻止する手法がある。その際、カーボンブラシに所定の摩耗が生じた際には、整流子への接触が自動的に遮断されるか或いは低減され、それによって発電機的モータ電圧が引き下げられる。カーボンブラシの動きの阻止は、例えばカーボンブラシの輪郭をそのように整形することによって行うことができる。例えば、一つずつしかカーボンブラシの中へ入らない凹部（鼻部）を輪郭に設けることが考えられる。これによって所定の摩耗の後でカーボンブラシが整流子の方向へ更に繰り出されることが阻止される。
【００１４】
本発明の特別な拡張例では、車両のアンチロックシステム、電子走行安定化プログラム、或いは電子油圧式ブレーキシステムのポンプモータの制御の際に、摩耗の検知を行うことが提案されている。
【００１５】
本発明によれば、モータブラシの実際の摩耗がより正確に検知できるので、モータ或いはカーボンブラシを早めに交換しなくても良くなる。このことは顕著な経済的利点を有している。
【００１６】
その他の利点は実施例についての以下の説明から或いは付属の特許請求の範囲から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の実施例では、例えば車両の電気／油圧的ブレーキシステムに用いられるような、ポンプモータについて本発明の適用が説明される。しかしながら、本発明は更に、自動車の分野以外でも、カーボンブラシによる電流伝達によってその制御が摩耗の影響を受ける、あらゆる種類の整流式の（直流）電動モータに適用することができる。
【００１８】
ブレーキの油圧システムに電動モータを組み込む際には、可用性と信頼性に関してより高い安全要求が不可欠である。しかしながら、システムの作動時間或いは負荷が大きくなるに伴って、モータがその寿命限界に突き当たるということを考慮しなければならなくなる。この限界に達すると、モータの機能が、又それによってブレーキシステムが、ドライバーにあらかじめ警告が発せられること無しに、突然故障してしまうことがある。以下に説明される、電気的に整流される直流モータの制御のために用いられているカーボンブラシの摩耗の検知方法によって、車両運転中のモータの故障をタイミング良く検知し、又走行中の無用の危険状況を防止することができる。
【００１９】
図２に基づいて、直流モータのカーボンブラシの摩耗を検知し且つそれに対応した警告をドライバーに対して行う装置が図式的に説明される。そのために制御装置２００に、（ポンプ）モータ２２０の発電機的モータ電圧ＵＧを測定する演算ユニット２１０が備えられている。この発電機的モータ電圧ＵＧは、演算ユニット２１０で直接、新しいカーボンブラシの場合に予想される電圧値ＵＮｅｕと比較されることができる。しかしながら代わりの手法として、発電機的モータ電圧ＵＧの平均値を求めてから、この平均値を閾値ＳＷ１と比較することもできる。電圧値ＵＮｅｕも閾値ＳＷ１も、演算ユニット２１０がアクセスすることのできる記憶装置２３０に格納しておくことができる。更に、工場持込の際のサービス技術者のために、記憶装置２３０における対応する情報によって摩耗を記録させておくことも可能である。
【００２０】
図１ａは、新しいカーボンブラシを使用した際のモータでの代表的な時間的電圧変化を示している。これに対して、図１ｂはカーボンブラシの摩損によって或いはモータに対するカーボンブラシの不十分な接触によって発生する電圧降下を示している。モータに対して最早全く接触が成立しない程カーボンブラシが摩耗すると、図１ｃに見られるように、約３０％の電圧降下が発生する。領域１００では直流モータの４つの全てのカーボンブラシが働いているのに対して。領域１２０ではモータは３つのカーボンブラシだけで運転されている。これによって、モータの運転は未だ正常に行われているものの、モータが生成することのできる出力は制限されている。従って、完全な故障を避けるために、カーボンブラシの交換が緊急に勧められる。
【００２１】
図３の流れ図は、演算ユニット２１０で実行することのできる第一のプログラムを示している。プログラムのスタートの後、第一のステップ３００で発電機的モータ電圧ＵＧが測定され、時間的に過去のＵＧの値から、例えば時間的重み付けによって、平均値が導き出される。更に記憶装置２３０から、未だ完全にその機能を保持しているカーボンブラシの場合の電圧の平均値を表している閾値ＳＷ１が読み込まれる。先の平均値が閾値ＳＷ１をオーバーしている場合には、プログラムは終了され、例えばモータの同じ発電機的サイクルの中の、次の作動サイクルで、改めてスタートされる。しかしながら、平均値が閾値ＳＷ１を下回っている場合には、カーボンブラシの摩耗或いは損耗が推定される。それに基づいてステップ３４０でドライバーに対して聴覚的及び／又は視覚的表示器２５０によって、ポンプの電源供給が損なわれており従ってサービスに出すことが勧められるということが知らせられる。同時に、同様の情報は工場持込の際の参考にするために、記憶装置２３０にも記録させておくことができる。発電機的モータ電圧ＵＧの平均値を、工場持込の際にチェックされる様に、記憶させておくと云うことも考えられる。その際に平均値が、可能最大平均値とははっきりと区別されるものの、閾値ＳＷ１の上方にあるということが確認された場合には、早めにカーボンブラシの交換を行うことができる。
【００２２】
代わりのやり方として、発電機的モータ電圧ＵＧの平均値の代わりにモータ電圧の絶対値を摩耗の測定のために援用することもできる。その際には図４の流れ図のステップ４００に示されているように、先ず発電機的モータ電圧ＵＧの瞬間値も測定される。更に記憶装置２３０から、新しく取付けられ且つ申し分の無い機能を持っているカーボンブラシの場合の最高発電機的モータ電圧を表している比較値ＵＮｅｕが読み込まれる。続くステップ４２０では、測定された発電機的モータ電圧ＵＧが値ＵＮｅｕと比較される。この差が次の式のように、所定の第二の閾値ＳＷ２を下回っている場合には、
【００２３】
【数１】
2007166895.tif 000003
【００２４】
このプログラムは終了され、例えばモータの同じ発電機的サイクル中の、次の作動サイクルで、改めてスタートされる。しかしながら、平均値が閾値ＳＷ２をオーバーしている場合には、カーボンブラシの摩耗が検知され、ステップ３４０に対応してステップ４４０で車両のドライバーに知らせられる。発電機的モータ電圧の絶対値の比較の場合にも実際に測定された値を後からのサービスの目的のために記憶装置に記憶させておくことが可能である。
【００２５】
前述した二つのプログラムは、予め定めておくことのできる時点において、マニュアル操作で或いは自動的にスタートさせることができる。しかしながら、有利な手法によれば、これ等のプログラムは発電機的作動の検知の後でスタートされ、その際プログラムは、特に平均値の形成のために、一つの発電機的サイクル内で何回も実行可能である。
【００２６】
閾値ＳＷ１とＳＷ２は、個別にモータ特性或いは交換されたカーボンブラシに合わせて記憶装置１８０に記憶しておくことができる。その際には、既に説明されたように、交換の枠組みの中で、例えばサービス技術者による後からの入力も可能である。
【００２７】
図３及び図４によるプログラムは更に、意図的に個々のカーボンブラシの摩耗を確認するために利用することができる。例えば別の実施例では、意図的に所定の摩耗の後で電圧低下を生じさせるために、意図的にカーボンブラシの中の一つを短く作ることが考えられる。このようにすれば、例えば図４に基づくプログラムにおいて、所定の摩耗に達した際に、記述のような電圧低下を確実に検出するために、閾値ＳＷ２をＵＮｅｕ（新しいカーボンブラシの場合に予想される電圧値）の約２０〜３０％の代表値に設定することができる（特に、図１ｃをも参照）。
【００２８】
所定の摩耗の後に電圧低下を意図的に生じさせるためのもう一つの可能性は、カーボンブラシの保持器に個々のブラシのためのストッパを備えることによって成り立つ。これによれば、カーボンブラシとモータとの間の接触も遮断されるので、電圧低下を検出することができる。この代替策の場合には、例えば、カーボンブラシは輪郭線を有しており、この輪郭線によって、ブラシはストッパに到達する前にモータに向かって所定の区間だけしか動くことができない。更に、カーボンブラシとの電気的接続を意味しているリッツ線を、カーボンブラシが保持器の中でモータの方へスライドして行く間に、カーボンブラシが所定の摩耗に達するとリッツ線（Ｌｉｔｚｅ）がストッパに到達し、それによってカーボンブラシが阻止されるように、構成することができる。
【００２９】
一般に、発電機的モータ電圧ＵＧは、モータのスタート時に、パルス幅変調運転の間および／またはスイッチオフの際に測定される。その際、摩耗によるカーボンブラシの接触の劣化は不安定な転換電流或いは電流遮断をもたらす。それと結び付いている電圧低下はブラシの摩損を示唆している。これに対して、カーボンブラシの接触が完全に摩耗していると、そのカーボンブラシはモータに対して全く或いはほとんど接触しなくなり、それと結び付いている電圧低下に基づいて同じく摩耗状態が検知される。
【００３０】
カーボンブラシの摩耗の際の整流の低下によって、モータの始動トルクが低下し、これが始動ダイナミクスの低下をもたらす。これによって、カーボンブラシの摩耗の最大の影響がモータ始動段階の際に観察され、かくして上述の様な摩耗の検知が、好ましいことにその始動段階で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１ａは、新しいカーボンブラシを使用した際のモータの上での代表的な時間的電圧変化を示し、図１ｂは、カーボンブラシの摩損によって或いはモータに対するカーボンブラシの不十分な接触によって発生する電圧降下を示し、図１ｃは、直流モータのロータに対するカーボンブラシの接触が顕著に低減した時の直流モータのモータ電圧の低下を示す。
【図２】発電機的モータ電圧の測定とカーボンブラシの摩耗の指示を表すブロック図である。
【図３】発電機的モータ電圧の平均値によるカーボンブラシの摩耗の検知方法を示す流れ図である。
【図４】（絶対）モータ電圧と記憶値との比較による、摩耗の検知方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００…モータの４つの全てのブラシが機能している領域
１２０…３つのブラシでモータが運転されている領域
２００…制御装置
２１０…演算ユニット
２２０…ポンプモータ
２３０…記憶装置
２４０…外部装置
２５０…聴覚的および／または視覚的信号
２６０…インタフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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